Напівпровідникові прилади (Електропровідність напівпровідників. Електричний струм в напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід та його властивості), страница 8

  В той же час через колекторний перехід П2, зміщений в зворотньому напрямку, буде протікати струм неосновних носіїв, який називається зворотнім струмом колекторного переходу. Так як струм неосновних носіїв залежить від температури, то він часто називається тепловим струмом.

1.7. Біполярні транзистори.

  Описана p-n-p структура використовується як підсилюючий елемент, називаємий біполярним транзистором. Умовне зображення такого транзистора приведено на мал.1.24.а.

  В відповідності з проведеним аналізом можна зробити наступні висновки.

Основні носії емітера завдяки зміщеному в прямому  напрямку переходу П1 шляхом дифузії переносяться  в область бази.

Дефицит зарядів в емітері компен-сується вхідним струмом емітерного електрода І_Е. Попадаючи в область бази, емітерний струм переміщується в  глибину базової структури і більша частина його, яка  визначається  як  aІ_Е  і називаєма транзитною скла-довою, переходить в колекторну область, створюючи колекторний струм І_К,  тобто aІ_Е = І_К;

Менша частина емітерного струму, визначаєма як (1- a) І_Е  , рекомбінує з електронами бази, які поповнюються в базі струмом І_Б, тобто маємо:

                      І_Б  = (1- a) І_Е,

Між струмами виконується взаємозв’язок:

                      І_Е = І_К + І_Б.

 

З врахуванням зворотнього струму колекторного переходу, який позначається як І_К0 і замикається через базовий  електрод Б, зовнішне джерело U_БК та колекторний електрод К можемо записати:

                        І_К = a І_Е + І_К0;

                        І_Б = (1- a) І_Е - І_К0.

Регулююча властивість транзистора проявляється в тому, що зміщуючи за рахунок джерела U_ЕБ перехід П1 в прямому напрямку  регулюється величина емітерного, і,  відповідно, колекторного струму. Якщо тепер згадати , що діапазон напруг,  які   зміщують  p-n-перехід в прямому напрям-ку знаходиться в інтервалі 0-1 В, а діапазон напруг , що зміщують колекторний  p-n-перехід в зворотньому напрямку може досягти десятків, а то і сотень вольт, то можна стверджувати, що потужність джерела, що керує емітерним струмом буде набагато меншою, ніж потужність джерела колекторної напруги. Тому можна вважати, що не зважаючи на те, що І_К < І_Е (a=0.98-0.999), транзистор може забезпечувати підсилення потужності.

На рис. 1.24б приведено умовне зображення транзистора, що виготовляється на базі n-p-n структур. При сучасних технологіях принципової різниці в роботі таких транзисторів не існує. Відрізняються лише напрямки протікання струмів через транзистор і полярність підключення зовнішніх напруг.

Статичні ВАХ транзистора.

Використання транзисторів без знання залежностей між їх струмами і напругами неможливо. Тому для проектування транзисторних схем і умілого користування ними використовуються сімейства вхідних і вихідних вольт-амперних характеристик. При моделюванні транзисторних схем використовують аналітичні залежності між струмами і напругами, а в решті випадків простіше, зрозуміліше  і наглядніше використовувати статичні ВАХ.

Особливість транзисторів полягає в тому, що вони, як трьохелектродні елементи використовуються при трьох різних способах включення:

·  з загальною базою (ЗБ);

·  з загальним емітером (ЗЕ);

·  з загальним колектором (ЗК) в залежності від того, який з електродів являється  загальним для вхідних і вихідних кіл.

Схема з загальною базою(рис. 1.25,а) Схема приведена для транзистора n-p-n структури з відповідним включенням джерел живлення  і напрямками протікання стру-мів. Вихідні характеристики пояснюють залежність вихід-ного струму (струму колектора І_К) від напруги U_БК при постійному вхідному струмі емітера. Вхідні статичні характеристики відображають залежність емітерного струму І_Е від напруги U_ЕБ при постійній напрузі U_БК.

На рис. 1.25,б приво-диться сімейство статичних вихідних характеристик, відо-бражаючих залежність

І_К=f( U_БК ) при  І_Е  = const.

Особливість цих характеристик полягає в тому, що при U_БК=0 струм колектора визначається  емітерним струмом, задаваємим вхідним колом. Незважаючи на відсутність колекторної напруги транзитна складова емітерного струму переноситься в колекторну область лише за рахунок величини потенційного бар’єру колекторного p-n переходу. Зменшення колекторного струму можна досягти лише шляхом зміщення колекторного переходу в прямому напрямку (на графіку рис. 1.25,б - ділянка від’ємної колекторної напруги  в другому квадранті ) в результаті чого з’являється зустрічний струм основних носіїв колекторної області, який компенсує транзитну складову емітерного струму.

При зростання напруги  U_КБ  струм колектора І_К залишається практично незмінним, тобто при такому включенні транзистор веде себе подібно ідеальному джерелу струму. Для широкого діапазону напруг використовується одержане раніше рівняння  І_К = aІ_Е+ І_К0.  Лише при досить високих колекторних напругах має місце зростання струму, обумовлене одним з розглянутих вище видів пробою колекторного p-n переходу.

При зростанні колекторної напруги має місце майже непомітне зростання колекторного струму, яке обумовлене зменшенням ширини базової області і деяким підвищенням коефіцієнта a.

Слід  зазначити, що для широкого діапазону емітерних струмів має місце пропорційність між зміною І_Е і І_К, що забезпечується стабільністю коефіцієнта передачи струму  a.  Лише при малих значеннях   І_Е має місце значне зниження коефіцієнта a.

Вхідні характеристики транзистора, відображаючі залежність І_Е = f(U_БЕ)  при Uкб=const практично співпадають з ВАХ p-n переходу, зміщеного в прямому напрямку. Характеристики, які визначаються при U_КБ ¹ 0 дещо зміщені вправо, але всі вони мало відрізняються одна від іншої. Вказане зміщенння пояснюється тим, що при U_КБ > 0 колекторний p-n переход розширюється за рахунок базової області. В результаті в базі зростає градієнт концентрації дірок з одної сторони і зменшується  кількість актів рекомбінації дірок з електронами з іншої, що приводить до зростання коефіцієнта  a і струму І_К. Це еквівалентно зростанню струму І_Е.