Контрольные вопросы (методическая справка)

Какие существуют виды режимов работ БТ и их отличия?

БТ может работать в 4 различных режимах:

• — режим отсечки;
• — режим насыщения;
• — прямой активный режим работы;
• — инверсный активный режим работы.

Для режима отсечки характерно обратное включения как коллекторного перехода, так и эмиттерного. Формально эмиттерный переход может буть включен в любом направлении, но должно соблюдаться условие ограничения.

UЭБ < [0.6 — 0.7] В (для кремниевых транзисторов). В результате такого включения ток через транзистор не течет, так как в базе попросту отсутствуют свободные заряды.

Для режима насыщения характерно включение обоих переходов в прямом направлении. Оба p-n перехода открыты для диффузионного движения носителей в базу.

Для работы транзистора в прямом активном режиме необходимо подвести к эмиттерному переходу прямое напряжение, а к коллекторному — обратное. Ослабленный внешним полем потенциальный барьер эмиттерного перехода начнет пропускать диффузионный ток, который превышает обратный дрейфовый ток, начнется инжекция носителей в базу. Инжектированные носители частично рекомбинирую в базе, но основная доля подхватывается усиленным полем потенциального барьера обратно смещенного перехода и уходит через коллекторное подключение. Потечет ток через транзистор.

Инверсный режим работы ничем не отличается от прямого за исключением перевернутого смещения переходов транзистора. (эмиттерный смещен в обратном направлении, а коллекторный в прямом).

Строго говоря, протекание токов от схемы включения не зависит. Однако, в связи с определенными физическими процессами в кристалле транзистора и образованными токами, от схемы включения зависят свойства передачи входного сигнала на выход, Итак почти весь ток эмиттера проходит в коллектор, за вычетом малого базового тока. Величина базового тока обусловлена его появлением за счет рекомбинации основных эмиттерных носителей в теле бызы, а за счет малой концентрации собственных основных носителей и малой толщины базы эта величина мала по сравнению с эмиттерным и коллекторными токами.

Iэ = Iк + Iб, так как Iб.

Процесс протекания эмиттерного тока связан с открытостью эмиттерного перехода с последующей инжекцией своих основных носителей в базу, Процесс протекания тока коллектора связан с диффузией инжектированных в базу носителей эмиттера в сторону коллекторного перехода, и обратного напряжения на коллекторе, создающего ускоряющее (экстрактирующее) поле в переходе база-коллектор для основных носителей коллектора. Процесс же протекания базового тока описывается исключительно рекомбинацией инжектированных носителей.

В схеме с общей базой малый сигнал подается на эмиттер транзистора, соответственно не будет происходить усиления по току. Но так как изменение тока эмиттера приведет к изменению концентрации инжектированных носителей в базе, а следовательно к изменению сопротивления коллекторного перехода и изменению его тока, то на нагрузке подключенной к коллекторы согласно закону Ома будет меняться напряжение.

Именно здесь и происходит инверсия сигнала: при подачи положительного полупериода на эмиттер объемный заряд в базе растет, следовательно растет ток коллектора, а значит падает напряжение на нагрузке. При подачи отрицательного полупериода уменьшается объемный заряд, растет сопротивление коллекторного перехода, уменьшается коллекторный ток и следовательно уменьшается падение напряжения на нагрузке.

Таким образом изменение тока и напряжения на коллекторе зависит от объемного заряда в базе, который зависит от токов, поэтому биполярный транзистор управляется в отличии от полевого током, а не напряжением.

Коэффициентом инжекции эмиттера называется отношение количества инжектированных в базу основных носителей к полному количеству зарядов прошедших через эмиттерный переход:

для n-p-n транзистора

г = Iэn/Iэ Соответственно чем ближе коэффициент инжекции эмиттера к 1, тем больше количество полезного тока инжекции в общем токе эмиттера. Его приближение к 1 характеризуется уменьшением концентрации примеси базы и увеличением концентрации примеси в эмиттере. Так как сильное уменьшение примеси базы вблизи металлургической границы с эмиттером недопустимо из-за возможности образования большого омического сопротивления между этой областью и активной областью базы, а увеличение концентрации итак высоколегированного эмиттера может привести к нарушению кристаллической решетки, то необходимо подбирать оптимальные отношения концентраций Nэ/Nб.

Для увеличения коэффициента инжекции эмиттера и уменьшению тока рекомбинации, а следовательно увеличению тока коллектора, база легируется значительно меньше эмиттера и коллектора. Для сокращения времени переноса носителей через базу, ее легируют неравномерно, что создает внутреннее поле, способствующее более быстрому дрейфовому движению неосновных зарядов через базу. Ее линейные размеры не должны превышать диффузионной длины основных носителей заряда эмиттера. При этом сильное снижение толщины базы влечет за собой снижение обратного напряжение коллектора во избежание прокола, а следовательно уменьшение мощности транзистора.

Обратная связь по напряжению в БТ описывается эффектом Эрли, и заключается в уменьшении эмиттерного напряжения при увеличении коллекторного. Физически это обусловливается увеличением коллекторного перехода при увеличении напряжения на коллекторе, и его проникновения вглубь базы к эмиттерному переходу, однако в результате этого уменьшается количество инжектированных носителей, а градиент концентрации этих носителей должен быть постоянен, что в свою очередь возможно только при уменьшении напряжения.