Главная Движение носителей электрических зарядов



Наряду с основными носителями заряда через эмиттерный и коллекторный переходы движутся и не основные для каждой из областей транзистора носители. На работу транзистора существенно влияет движение неосновных носи:телей через коллекторный переход: дырок базы - в коллектор и электронов коллектора - в базу. Их количество растет с повыщением температуры (тепловая генерация). Оно зависит также от материала полупроводнша.

§ 17.4. Токи биполярного транзистора

Проследим за движением дырок эмиттера в транзисторе. В эметтере дырки создают ток (рис. 17.6), а в коллекторе они представляют собой дырочную составляющую тока коллектора /кр, которая меньще тока /эр на ток, вызванный рекомбинацией дырок в базе и называемый базовым током рекомбинации /врек-

1кр=1эр~1Бре.. (17.1)

Поскольку назначение транзистора - усиление мощности входного сигнала, ток IspsK является нежелательным, вследствие чего его стремятся уменьшать. Достигается это путем уменьщения толщины базы так, чтобы W Lp, где Lp - диффузионная длина дьфок. Чем меньше толщина базы, тем большее число дырок достигнет коллекторного перехода и тем больше дырочная составляющая тока /кр. Потерю дырочного тока эмиттера на рекомбинацию в базе характеризует коэффициент переноса дырок

Р„=/крДэр, (17.2)

приближенное значение которого определяют из соотношения

р„ « 1 - 0,5wVLj.

Для германиевых транзисторов Lp = 0,3 мкм, поэтому обычно W 0,3 мкм. В реальных транзисторах р„ = 0,980 ч- 0,995.




Через эмиттер помимо дырочного протекает и электронный ток эга обусловленный переходом в область эмиттера электронов базы, а также обратный ток эмиттерного перехода 1эо, образованный неосновными носителями областей, базы (дырками) и эмиттера (электронами). Этот ток называется термогенерацией. Его значение определяется так же, как и значение обратного тока коллектора 1ко- Вследствие того что /эо мал и не влияет на ток коллектора, им можно пренебречь. Таким образом, ток эм1тгтера

1э=1эр + 1эп. (17.3)

Составляющая тока эмиттера /э„ замыкается в цепи база - эмиттер, не протекает через коллектор и является вредной, вызывая дополнительный нагрев транзистора. Для того чтобы уменьшить ток 7э„, базу насыщают примесью во много раз меньше, чем эмиттер (примерно на два порядка).

Долю дырочного тока в эмиттере 7эр определяют коэффициентом инжекции

У = 7э,Дэ, (17.4)

характеризующим эффективность работы эмиттера. Для уменьшения электронной составляющей эмиттерного тока базу насыщают примесью незначительно. Удается обеспечить у = 0,990 -=- 0,995. В коллекторе и базе следует также учитывать обратный ток коллекторного перехода 7ко> образованный неосновными носителями областей базы и коллектора:

7к=7кр + 7ко- (17.5)

Поскольку концентрация неосновных носителей значительно больше в базе, чем в коллекторе, обратный ток коллекторного перехода состоит в основном из дырок базы. Величина Jo является параметром транзистора, характеризующим его качество (чем /о меньше, тем транзистор лучше). Ток /к о определяют при разомкнутой цепи эмиттера (/э = 0) и при определенном значении обратного напряжения на коллекторе. Ток /к о вызывается термогенерацией и с повышением температуры растет по экспоненциальному закону. В германиевых транзисторах /о при повьппении температуры на каждые 10° приблизительно удваивается, в кремниевых - увеличивается в 2,5 раза.

Значения /о при нормальной температуре составляют 0,1 -100 мкА, причем это у германиевых транзисторов примерно на порядок больше, чем у кремниевых.

В базе протекают ток 7э„, образованный электронами, инжектированными в эмиттер, ток рекомбинации /вр и обратный ток коллекторного перехода /к о;

7б = /э„ + 7Брек-7ко. (17-6)

Ток /ко направлен навстречу токам /э„ и IeK- Из (17.3) и (17.5) видно, что

7б=7э-7к, (17.7)

а это соответствует первому закону Кирхгофа. Поскольку транзистор 326



изготовляют так, чтобы обеспечить очень малое значение тока базы, ток коллектору незначительно отличается от тока эмиттера: /к~э-

Как только дырка покинет эмиттер и перейдет в базу, для восстановления равновесия заряда в эмиттере электрон покидает эмиттер. За счет этого в выводе эмиттера проходит электронный ток, а в выводе коллектора - ток электронов источника, компенсирующий увеличение дырок в коллекторе. В выводе базы при этом проходит ток электронов источника, восполняющий убыль электронов вследствие рекомбинации их с дыpкaли эмиттера (рис. 17.6). Так как за положительное направление тока принимают направление положительных зарядов, то направление токов, показанное на рисунках стрелками, противоположно направлению движения электронов.

Итак, через транзистор течет сквозной ток от эмиттера через базу к коллектору (его направление отражено в условном обозначении транзистора - стрелка от эмиттера в сторону базы).

Током коллектора можно управлять. Для этого следует изменить напряжение С7эб источника питания цепи эмиттера. С увеличением С7эБ снижается потенциальный барьер эмиттерного перехода и увеличивается ток эмиттера, а следовательно, и ток коллектора (при прочих равных условиях). Таким образом, ток эмиттера является управляющим, а ток коллектора - управляемым. Поэтому транзистор часто называют прибором, управляемым током. Отметим, что изменение обратного напряжения источника питания цепи коллектора практически не вьвывает увеличения тока коллектора, так как поле коллекторного перехода является ускоряющим и не может изменять числа дырок, которые пересекают коллекторный переход.

§ 17.5. Коэффициент передачи тока эмиттера биполярного транзистора в схеме с ОБ

Итак, для улучшения работы транзистора необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициенты у и Р„ были близки к единице. Однако их нельзя шмерить, а можно только рассчитать теоретически. Поэтому для расчетов вводят коэффициент передачи тока эмиттера (статический)

асг = (/к-/ко)Дэ = /крДэ, (17.8)

где/кр - дьфочный ток коллектора,/э - ток эмиттера. Этот коэффициент можно шмерить, а его значение равно

С учетом (17.8)

1к = оссг/э + Jko; (17.9)

/б=(1-аст)/э-ко- (17.10)

Из (17.9) видно, что, изменяя ток эмиттера, можно управлять током коллектора.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 [107] 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0127