Распределение носителей заряда в базе транзистора

Для активного режима работы граничные концентрации дырок в базе у эмиттерного и коллекторного переходах опреде­ляются, соответственно, выражениями:

; (4.8)

; (4.9)

где и - равновесные концентраций дырок в базе у эмиттерного и коллекторного переходов, соответственно;

- температурный потенциал ( В, при комнатной темпе­ратуре).

Из выражений (4.8) и (4.9) следует, что и потому что и . На рис.4.6 показано стационарное распределение дырок в базе бездрейфового и дрейфового транзисторов.

Различный характер распределения неосновных носителей вытекает из различия в характере их движения через базу. Так, в бездрейфовом транзисторе поле в базе отсутствует, носители перемещаются вследствие диффузии и стационарное распределение оказывается практически линейным. Через базу течет диффузионный ток, постоянный во всех точках базы.

В базе дрейфового транзистора имеется поле. За счет этого движения носителей в основном определяется дрейфом, поэтому градиент концентрации дырок мал (, рис.4.66) и диффузионная составляющая тока тоже мала.

Лишь вблизи коллек­торного перехода градиент концентрации дырок растет, а следовательно, увеличивается диффузионная составляющая тока в базе и уменьшаема дрейфовая со­ставляющая. Таким образом, в дрейфовом транзисторе ток в базе представляет собой сумму дрейфового и диффузионного токов.

Влияние ши­рины базы на распределение носителей.

При из­менении напряжений и изменяется соответ­ственно ширина эмиттерного и коллекторного переходов. Как следствие этого, изме­няется ширина базы. Причем наибольшее влияние на ширину базовой области оказывает изменение ширины коллекторного пере­хода, находящегося под обратным напряжением. С увеличением обрат­ного напряжения , коллекторный переход расширяется и ширина базы уменьшается. Уменьшение этого напряжения ведет к увеличению . В результате будет функцией , Это явление называют модуляцией толщины базы, или эффектом Эрли. Рассмотрим, как изменение ширины базы влияет на физические процессы в транзисторе. На ркс.4.7 показано распределение дырок в базе транзистора для двух разных напряжений и постоянно­го напряжения (кривые 1,2). С увеличением отрицательного напряжения ширина базы становится равной , но так как значения граничных концентраций и остаются неизменными, то распределение носителей будет соответствовать кривой 2 на рис.4.7. При этом за счет увеличения градиента концентрации дырок возрастает диффузионный дырочный ток , а, следовательно, и общий ток . Для того чтобы ток эмиттера вернуть к прежнему значению, необходимо градиент концентра­ции дырок в базе у эмиттерного перехода уменьшить до первоначальной величины. Последнее достигается уменьшением напряжения на эмиттерном пере­ходе (кривая 3, рис.4.7).

Таким образом, ток зависит не только от напряже­ния , но и от напряжения , т.е. в транзисторе бла­годаря модуляции ширины базы возникает обратная связь по напряжению.

В дрейфовом транзисторе проис­ходит незначительное изменение градиента концентрации носите­лей вблизи эмиттерного перехо­да, так как ток здесь практи­чески дрейфовый. Существенное изменение концентрации проис­ходит только у коллекторного перехода (рис.4.7), поэтому обратная связь в дрейфовом транзисторе оказывается значительно слабее, чем в бездрейфовом транзисторе.

Кроме этого, за счет изменения ширины базы изменяется доля дырок, рекомбинирующих в области базы. Поэтому чем меньше ширина базы, тем больше дырок достигает коллекторного перехода и ток кол­лектора увеличивается при неизменном токе эмиттера.