2. Три схемы включения транзистора

В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входного и выходного сигналов, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ) − рис.5,а; с общим эмиттером (ОЭ) − рис.5,б; с общим коллектором − (ОК) рис.5,в. Трем возможным схемам включения транзисторов соответствуют три основных типа усилительных каскадов: с ОБ, ОЭ и ОК. В схеме с ОБ входной сигнал подается на эмиттер транзистора, выходной сигнал снимается с коллектора, а база является общей для входного и выходного сигналов. В схеме с ОЭ входной сигнал подается на базу транзистора, выходной снимается с коллектора, а эмиттер является общим для входного и выходного сигналов. В схеме с ОК входной сигнал подается на базу транзистора, выходной снимается с эмиттера, а коллектор, через источник питания соединен с общим проводом, т.е. является общим для входного и выходного сигналов.

В этих схемах источники постоянного напряжения и резисторы обеспечивают необходимые значения напряжений и начальных токов. Входные сигналы переменного тока создаются источниками U_вх. Они изменяют ток эмиттера транзистора, а соответственно и ток коллектора. Приращения тока коллектора (рис.5,а,б) и тока эмиттера (рис.6,в) соответственно на резисторах R_к и R_э создадут приращения напряжений, которые и являются выходными сигналами U_вых. Параметры схем обычно выбирают так, чтобы U_вых было бы во много раз больше вызвавшего его приращения U_вх (рис.5,а,б) или близко к нему (рис.5,в).

Вид входных и выходных вольт-амперных характеристик (ВАХ) транзистора зависит от схемы включения. Для схемы включения с ОБ статические характеристики имеют вид, показанный на рис.6, для схемы с ОЭ – на рис.7. Статические характеристики для схемы с ОК аналогичны соответствующим характеристикам для схемы с ОЭ и, как правило, в справочной литературе не приводятся.

В цепях, где транзистор включен по схеме с ОЭ или ОК, удобно пользоваться не коэффициентом передачи эмиттерного тока , а “коэффициентом передачи базового тока”  (в справочной литературе он приведен в виде параметра h_21э). Это обусловлено тем, что в схемах с ОЭ обычно задается изменение тока базы. Связь между коэффициентами  и  определяется формулой

=(1). (3)

Т ак как =0.90.995, то 1. У транзисторов, выпускаемых промышленностью, 10200. Существуют транзисторы с h_21э1000.

Для транзисторов падение напряжения на открытом эмиттерном переходе составляет доли вольта (для германиевых порядка 0.3 В, кремниевых  0.6 В, арсенид-галиевых  1.0 В). На закрытом коллекторном переходе падение напряжения существенно больше и составляет единицы – десятки вольт.

3. Зонные диаграммы биполярного транзистора

3.1. Зонная диаграмма бездрейфового биполярного транзистора в состоянии термодинамического равновесия

В биполярных транзисторах существует два механизма переноса носителей заряда через базу: диффузии и электрического дрейфа. В активном режиме работы в базе любого транзистора имеется градиент концентрации неосновных носителей заряда, поэтому все транзисторы являются диффузионными. Встроенное в базу электрическое поле есть только у транзисторов с неравномерной концентрацией примесей в базе. Такие транзисторы называется дрейфовыми. Они, как правило, имеют большее быстродействие и лучшие частотные свойства за счет более быстрого пролета неосновных носителей через базу.

Зонная диаграмма бездрейфового биполярного транзистора n-p-n - типа в состоянии термодинамического равновесия приведена на рис.8. Она представляет собой два невырожденных несимметричных p-n - гомоперехода (все области имеют одинаковую ширину запрещенной зоны W, одинаковую энергию сродства к электрону Р_с и одинаковую диэлектрическую проницаемость ε). Области эмиттера, базы и коллектора различаются типом и концентрацией примесей. Типичные значения концентрации примесей составляют: в эмиттере донорных N_d~2·10¹⁷ [1/см³], в базе акцепторных N_a~10¹⁵[1/см³] и коллекторе N_d~10¹⁷ [1/см³]. Толщина р-n - перехода определяется по формуле , где φ – контактная разность потенциалов. С учетом существенной разницы концентрации примесей полагают, что практически вся обедненная носителями заряда область эмиттерного и коллекторного переходов располагается в низколегированной базе.

В состоянии термодинамического равновесия в эмиттерном и коллекторном переходах выполняется принцип детального равновесия: электронный и дырочный токи равны нулю и общий ток через каждый переход равен нулю.