Основні процеси в транзисторі

Розглянемо процеси в дифузійному транзисторі із сплавними переходами, будову якого показано на рисунку 8.2.

Для спрощення припустимо, що в цьому транзисторі основні носії заряду рухаються лише вздовж головної осі від емітерного переходу до колекторного. Крім того, візьмемо до уваги, що площі різних паралельних перерізів бази, напрямлених уздовж головної осі, однакові і розміри транзистора в напрямах, перпендикулярних до головної осі, значно більші від товщини бази.

Явища інжекції і нагромадження неосновних носіїв заряду розглянемо на енергетичних діаграмах (рисунок 8.3). Якщо до переходів не прикладена напруга, то між потоками дірок і електронів, які проникають у різні боки від переходів, існує термодинамічна рівновага. Оскільки переходи мають потенціальні бар'єри, то основні носії (дірки емітера і колектора, електрони бази) можуть перейти в суміжний шар лише при досить великій тепловій енергії. Неосновні носії електричним полем переходу вільно викидаються в суміжний шар. Основні носії перебувають у «потенціальних ямах», а неосновні — на «потенціальних гребенях».

Якщо в замкненому колекторному переході подати нормальне пряме зміщення, то потенціальний бар'єр емітерного переходу знизиться і інжекція дірок з емітера в базу і електронів з бази в емітер збільшиться. Оскільки концентрація електронів у базі порівняно з концентрацією дірок, в емітері незначна, електронною складовою струму можна знехтувати. Інжектовані дірки проходять базу (за винятком тих, які встигли рекомбінувати) і, вільно дрейфуючи в колекторному переході, входять у ділянку колектора. Електрична нейтральність колектора відновлюється зустрічним потоком електронів через колекторний вивід. Цей потік є основною компонентою (збірною складовою) струму в колі колектора. Цей струм за величиною близький до струму емітера, бо рекомбінація в базі невелика. Струм бази дорівнює різниці струмів емітера й колектора і являє собою потік електронів, що компенсує втрату їх у базі внаслідок рекомбінації з дірками.

Якщо у вихідне коло ввімкнути резистор, то потужність, яка виділятиметься в ньому, буде дуже малою і не підсилюватиметься. Це пояснюється тим, що внаслідок спаду напруги на резисторі створюється позитивне зміщення на колекторі, при якому одночасно із збиранням дірок, що дійшли від емітера, колектор інжектує дірки в базу. В результаті струм колектора порівняно з струмом емітера помітно зменшується.

У нормальному підсилювальному режимі на емітерний перехід подається позитивне, а на колекторний — велике негативне зміщення, яке значно підвищує потенціальний бар'єр колекторного переходу. Щоб збільшити за цих умов вихідну потужність, у коло колектора можна ввімкнути резистор з великим опором, не побоюючись, що це спричинить інжекцію дірок з колектора в базу.

Очевидно, що негативне зміщення на колекторному переході буде гарантоване, якщо Е_к + І_кR_к< 0. У такій схемі можна дістати значну вихідну потужність і підсилення потужності, бо І_е ≈ І_к, а напруга на опорі навантаження більша, ніж на емітерному переході.

Позитивний об'ємний заряд інжектованих у базу дірок притягає додатковий компенсуючий негативний об'ємний заряд електронів. Можна сказати, що одночасно з появою в ділянці бази деякої кількості незрівноважених дірок у ній з'являється така сама кількість незрівноважених електронів, і база при цьому, як і раніше, залишається електрично нейтральною. Стаціонарний розподіл дірок у базі майже лінійний (рисунок 8.4).

Лінійному розподілові дірок у базі відповідає майже лінійний розподіл компенсуючих електронів ∆п. Наявність градієнта концентрації надлишкових носіїв зумовлює їх дифузійний рух у базі в напрямі від емітерного переходу до колекторного. При виконанні умови W < L лише незначна частина дірок встигне рекомбінувати в базі.

Більшість дірок, досягаючи колекторного переходу, підхоплюється його полем і викидається в ділянку колектора. Оскільки швидкість дрейфу зарядів у колекторному переході в багато разів вища від швидкості їх дифузійного поширення, то концентрація дірок у базі на межі колекторного переходу дорівнює нулю.

Внаслідок «розтікання» в різних напрямах електронів у базі біля емітерного переходу утворюється позитивний заряд. «Розтікання» електронів — це, з одного боку, їх дифузійний рух у базі від емітерного переходу і, з другого, — їх рух у зворотному напрямі — до емітерного переходу, зумовлений інжекцією електронів з бази в емітер. При цьому виникає максимум у розподілі електронів, а отже, і надлишок дірок, що утворюють позитивний об'ємний заряд. Дією електричного поля цього об'ємного заряду пояснюється наявність дрейфових складових струмів у базі.

Отже, в загальному випадку в базі проходять такі струми: дифузійний дірковий струм І_рд, зумовлений дифузійним рухом інжектованих дірок від емітера до колектора; дифузійний електронний І_п_д, спричинений потоком електронів, що йде за дифузійним рухом інжектованих у базу дірок і відновлює електричну нейтральність бази; дрейфові, дірковий І_рЕ і електронний І_пЕ,струми, які виникають внаслідок створення в базі електричного поля.

Оскільки дрейфовий дірковий струм І_рЕ дуже малий (у базі р << п), а дифузійна і дрейфова складові електронного струму мають протилежні напрями, то результуючий струм, що проходить у базі (він же струм емітера І_е) переважно складається з І_рд

І_е= І_рд +І_п_Е - І_п_д

Товщина р-п переходу залежить від прикладеної до нього напруги. Оскільки до емітерного переходу прикладена пряма напруга, то товщина цього переходу і її зміна при зміні напруги також малі. До колекторного переходу прикладена зворотна напруга, тому товщина переходу і її зміни при змінах напруги великі.

Через те, що колекторний перехід зосереджений у базі, яка є ділянкою вищого опору порівняно з іншими, приріст його ширини дорівнює зменшенню товщини бази. Ефект зміни товщини бази при зміні колекторної напруги називається модуляцією ширини бази (ефект Ерлі).

Внаслідок модуляції ширини бази змінюється кількість інжектованих дірок, що досягають колектора без рекомбінації. Чим менша товщина бази, тим їх більше, а отже, більший струм колектора при незмінному струмі емітера. Завдяки модуляції ширини бази із зміною напруги, прикладеної до колекторного переходу, змінюється колекторний струм. При модуляції ширини бази змінюється заряд дірок у базі. Це означає, що колекторний перехід, крім звичайної бар'єрної ємності, має ще деяку дифузійну.

Із зміною ширини бази змінюється емітерна напруга при І_е= const або емітерний струм при U_е = const. Пояснюється це тим, що при зміні напруги колектора змінюється товщина бази і тепловий струм емітерного переходу І_е0, а разом з ним і весь струм емітерного переходу.

Взаємозв'язком, який обумовлює зміну емітерної напруги або струму зміною колекторної напруги, є внутрішній зворотний зв'язок за напругою між колами колектора і емітера.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Транзистори	\|

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.004 сек.