Принцип действия транзистора

Принцип действия транзисторов n–p–n и p–n–p типов одинаков, различие заключается лишь в полярности внешних напряжений и типа основных носителей, инжектированных в область базы (рис. 3.3).

Принцип действия транзистора принято рассматривать в активном режиме работы в схеме с общей базой рис. 3.3,б. Под действием внешнего напряжения Принцип действия транзистора эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а под действием Принцип действия транзистора коллекторный переход – в обратном.

При увеличении Принцип действия транзистора снижается потенциальный барьер эмиттерного перехода, и так как концентрация электронов в эмиттере значительно больше концентрации дырок в базе, то происходит инжекция электронов из эмиттера в базу и дырок из базы в эмиттер. Это вызывает протекание токов инжекции: Принцип действия транзистора – электронного и Принцип действия транзистора – дырочного. Так как число дырок в области базы значительно меньше количества электронов в области эмиттера, то Принцип действия транзистора .

Для количественной оценки составляющих полного тока эмиттерного перехода вводят параметр – коэффициент инжекции или эффективность эмиттерного перехода

Принцип действия транзистора , (3.1)

Принцип действия транзистора который показывает, какую долю от общего тока эмиттера составляет ток инжектированных в базу носителей заряда (в данном случае электронов). На практике коэффициент инжекции оказывается близким к единице g = 0,98…0,995. Дырки, инжектированные из области базы в область эмиттера, полностью рекомбинируют. В дальнейшем этот процесс не рассматривается, поскольку инжекция электронов из эмиттера в базу является доминирующей.

Электроны, инжекти-рованные в базу, создают в базе вблизи p–n перехода неравновесную концентрацию носителей, которая нарушает электронейтральность области базы. Для сохранения электронейтральности базы из внешней цепи от источника питания Принцип действия транзистора дырки через вывод базы устремляются к эмиттерному переходу, создавая ток Принцип действия транзистора . Таким образом входная цепь эмиттер–база оказывается замкнутой, во внешней цепи протекает входной ток, ток эмиттера Принцип действия транзистора . Часть подошедших дырок к эмиттерному переходу рекомбинирует с инжектированными электронами, а вследствие разности концентрации (в диффузионных транзисторах) и разности концентраций и наличия внутреннего электрического поля (в дрейфовых) электроны и дырки движутся вглубь базы к коллекторному переходу. Так как ширина базы значительно меньше диффузионной длины электронов, то большинство инжектированных электронов не успевает рекомбинировать. Электроны, подошедшие к обратносмещенному коллекторному переходу, попадают в ускоряющее поле Принцип действия транзистора , экстрагируют (втягиваются) в коллектор, создавая ток коллектора Принцип действия транзистора , а подошедшие дырки отталкиваются полем коллекторного перехода и возвращаются к базовому выводу. Таким образом выходная цепь – коллектор–база оказывается замкнутой и в ней протекает ток Принцип действия транзистора .

Процесс переноса неосновных носителей через базу характеризуется коэффициентом переноса

Принцип действия транзистора , (3.2)

величина которого зависит от ширины базы, диффузионной длины носителей и близка к единице e=0,988…0,995.

Экстракция электронов может сопровождаться ударной ионизацией атомов полупроводника и лавинным умножением носителей заряда в коллекторном переходе. Процесс умножения носителей в коллекторном переходе оценивается коэффициентом лавинного умножения

Принцип действия транзистора . (3.3)

В связи с этим, ток коллектора, вызванный инжекцией основных носителей заряда через эмиттерный переход, равен

Принцип действия транзистора , (3.4)

где Принцип действия транзистора – статический коэффициент передачи тока эмиттера.

Кроме управляемого тока коллектора, который зависит от количества носителей, инжектированных из эмиттера в базу и экстрагированных из базы в коллектор с учетом коэффициента лавинного размножения, протекает обратный неуправляемый ток Принцип действия транзистора .

Причина появления этого тока обусловлена дрейфом неосновных носителей базы и коллектора к обратносмещенному коллекторному переходу и их экстракцией через переход. Этот ток имеет такую же природу, как и обратный ток полупроводникового диода. Поэтому его называют обратным током коллекторного перехода.

Таким образом принцип действия транзистора основан на следующих физических процессах:

1. Инжекция носителей через прямосмещенный эмиттерный переход.

2. Рекомбинация и диффузионный перенос носителей через область базы от эмиттерного к коллекторному переходу.

3. Экстракция носителей через обратносмещенный коллекторный переход.

Токи в транзисторе

Согласно рис. 3.3 ток эмиттера Принцип действия транзистора имеет две составляющие: электронную Принцип действия транзистора и дырочную Принцип действия транзистора

Принцип действия транзистора . (3.5)

Обратный ток коллектора в цепи базы противоположен току рекомбинации

Принцип действия транзистора ; Принцип действия транзистора . (3.6)

Ток коллектора имеет две составляющие: управляемый ток Принцип действия транзистора и обратный ток Принцип действия транзистора

Принцип действия транзистора . (3.7)

С учетом уравнений (3.5) – (3.7) получаем

Принцип действия транзистора . (3.8)

Это выражение устанавливает связь между токами транзистора. Оно справедливо для любой схемы включения и удовлетворяет первому закону Кирхгофа.

В активном режиме токи коллектора и эмиттера почти равны, а ток базы равен их разности. Коллекторный ток практически не зависит от напряжения на коллекторном переходе. Даже поля контактной разности потенциалов достаточно для экстракции всех электронов, достигших коллекторного перехода. Поэтому дифференциальное сопротивление коллекторного перехода Принцип действия транзистора очень велико (переход включен в обратном направлении). В цепь коллектора можно включать нагрузку с достаточно большим сопротивлением Принцип действия транзистора , практически не изменяя ток коллектора (рис. 3.3,б). Дифференциальное сопротивление прямосмещенного эмиттерного перехода Принцип действия транзистора очень мало Принцип действия транзистора . При изменении входного (эмиттерного) тока на Принцип действия транзистора , практически на такую же величину возрастает коллекторный ток. Однако изменение потребляемой мощности в цепи эмиттера Принцип действия транзистора значительно меньше изменения мощности в выходной цепи Принцип действия транзистора , т.е. транзистор способен управлять большой мощностью в коллекторной цепи при небольших затратах мощности в эмиттерной цепи.

Случайные записи:

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА (Транзистор — это просто-8)


Похожие статьи:

Добавьте постоянную ссылку в закладки. Вы можете следить за комментариями через RSS-ленту этой статьи.
Комментарии и трекбеки сейчас закрыты.