Физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе

Рассмотрим основные физические процессы в бездрейфовом биполярном транзисторе p-n-p -типа (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Токи в бездрейфовом биполярном транзисторе p-n-p -типа при нормальном активном режиме

Режим работы биполярного транзисторалюбого типа, когда к эмиттерному p-n -переходу приложено прямое напряжение и переход открыт, а к коллекторному – обратное и переход закрыт, называют нормальным активным режимом (НАР). Этот режим работы используют в усилительных устройствах.

Режим работы БТ, когда эмиттерный переход закрыт, а коллекторный открыт, называют инверсным активным режимом и применяют в переключательных устройствах.

Если оба p-n -перехода закрыты, то есть к ним приложены обратные напряжения, то такой режим работы БТ называют режимом отсечки и используют его в переключательных устройствах.

Режимом насыщения называют такой режим работы БТ, когда к p-n -переходам приложены прямые напряжения и оба перехода открыты. Этот режим работы используют в переключательных устройствах.

Под действием прямого напряжения в нормальном активном режиме работы транзистора p-n-p -типа эмиттер инжектирует в базу носители заряда. Процесс инжектирования заключается в следующем:

1) дырки, существующие в области эмиттера, под действием внешнего напряжения , приложенного к p-n -переходу ЭБ, начинают двигаться от эмиттера к базе (от положительного электрода источника постоянного напряжения к отрицательному), создавая ток. Положительное направление этого электрического тока совпадает с направлением движения дырок,

2) свободные электроны, существующие в области базы, под действием того же напряжения , начинают двигаться от базы к эмиттеру (от отрицательного электрода источника постоянного напряжения к положительному), создавая ток электронов. Положительное направление электрического тока электронов противоположно направлению движения электронов.

Непосредственно в p-n -переходе ЭБ имеет место рекомбинация тех дырок и электронов, энергия которых недостаточна для преодоления потенциального барьера этого перехода (рис. 6.3). Этот процесс образует первую составляющую полного тока рекомбинации базы .

Дырки, прошедшие из эмиттера в базу, повышают концентрацию дырок в базе вблизи границы эмиттерного перехода. Это приводит к появлению градиента концентрации неосновных носителей базы по толщине базы. Поэтому возникает диффузионное движение дырок поперёк базы к переходу БК (рис. 6.2, рис. 6.3). Часть дырок может рекомбинировать в базе со свободными электронами базы, создавая второй ток рекомбинации . Оставшаяся часть дырок, достигнув перехода БК и преодолев его, попадает в область коллектора и образует составляющую коллекторного тока (рис. 6.3). Этот ток является полезным током транзистора и, чем он больше, тем лучше.

Прямой ток эмиттерного перехода в этом случае будет равен

Здесь и − инжекционные токи дырок и электронов соответственно. Относительный вклад тока рекомбинации в ток эмиттерного перехода тем больше, чем меньше инжекционные токи.

Полезным здесь является только ток , так как два других тока являются составляющими тока базы.

Так как при диффузионном движении носителей заряда имеет место отклонение от прямолинейности, то площадь коллекторного перехода должна быть большой, чтобы собирать отклонившиеся дырки и тем самым увеличивать полезную составляющую коллекторного тока.

Чтобы уменьшить ток рекомбинации в базе, нужно толщину базы (размер поперечного сечения) сделать меньше диффузионной длины дырок в базе и уменьшить в базе концентрацию донорных атомов.

Для количественной оценки свойств эмиттерного перехода и величины потерь дырочного тока в базе введены понятия коэффициента инжекции эмиттера и коэффициента переноса базы.

Коэффициент инжекции, или эффективность эмиттера

показывает, какую долю в полном токе эмиттера составляет полезный компонент.

Коэффициент переноса базы

показывает, какая часть тока дырок, инжектированных из эмиттера в базу, подходит к коллекторному переходу.

Доказано, что имеется приближённое соотношение

Для типичных значений толщины базы = 0,5 ÷ 0,7 мкм и средней длины свободного пробега носителя заряда = 10 ÷ 5 мкм получаем величину = 0,990 ÷ 0,999.

Поэтому можно считать, что ток коллектора в нормальном активном режиме примерно равен току эмиттера, а ток базы

значительно меньше как тока эмиттера, так и тока коллектора.

Выразим составляющую тока коллектора через ток эмиттера

где − статический коэффициент передачи тока эмиттера в нормальном активном режиме работы БТ.

Полный ток коллектора в нормальном активном режиме равен сумме тока, прошедшего от эмиттера через базу, и обратного тока p-n -перехода БК:

Отсюда с учётом формулы (6.5) получаем

Весьма часто ток коллектора выражают через ток базы. Используя формулы (6.7) и (6.8), находим

где − статический коэффициент передачи тока базы.

В инверсном активном режиме работы БТ имеет место уравнение

В уравнениях (6.7) ÷ (6.10):

и − токи эмиттера и коллектора при нормальном включении БТ, то есть работающего в НАР, когда имеет место прямое включение эмиттерного перехода и обратное – коллекторного,

и − токи эмиттера и коллектора при инверсном включении БТ, когда имеет место обратное включение эмиттерного перехода и прямое – коллекторного,

и − коэффициенты передачи токов эмиттера и коллектора при нормальном и инверсном включениях БТ соответственно (),

и − обратные тепловые токи соответствующих переходов при = 0 и = 0.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  




Подборка статей по вашей теме: