Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от способа подключения р-n -переходов транзистора к внешним источникам питания он может работать в режиме отсечки, насыщения или активном режиме.

Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный p-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении (рис. 2, а). В этом случае через оба р-n -перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (Iэбо) и коллекто­ра (Iкбо). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у крем­ниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Если эмиттерный и коллекторный р-n -переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения (рис. 2,6). Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослаблять­ся электрическим полем, создаваемым внешними источниками UЭБи Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (Iэ. нас) и коллектора (Iк. нас).

Режимы отсечки и насыщения используются при работе транзисторов в импульсных схемах и в режиме переключения. Для усиления сигналов применяется активны и режим работы транзистора.

При работе транзистора в активном режиме его эмиттерный пере­ход включается в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях (рис. 3). Под действием прямого напряжения Uэб происходит инжекция дырок из эмиттера в базу. Попав в базу n -типа, дырки становятся в ней неосновными носителями заряда и под действием сил диффузии движутся (диффундируют) к коллекторному р-n -переходу. Часть дырок в базе заполняется (рекомбинирует) имеющимися в ней свободными электронами. Однако ширина базы небольшая — от нескольких единиц до 10 мкм. Поэтому основная часть дырок достигает коллекторного р-n -перехода и его электрическим полем перебрасывается в коллектор. Очевидно, что ток коллектора IКр не может быть больше тока эмиттера, так как часть дырок рекомбинирует в базе. Поэтому

Iкр=h_21БI_Э

Величина h_21Б называется статическим коэффициентом передачи тока эмиттера. Для современных транзисторов h_21Б = 0,90...0,998.

Так как коллекторный переход включен в обратном направлении (часто говорят — смещен в обратном направлении), через него проте­кает также обратный ток I_КБО, образованный неосновными носителями базы (дырками) и коллектора (электронами). Поэтому полный ток кол­лектора транзистора, включенного по схеме, приведенной на рис. 3,

I_К = h_21БI_Э + I_КБО.

Дырки, не дошедшие до коллекторного перехода и прорекомбинировавшие (заполнившиеся) в базе, сообщают ей положительный заряд.

а б Рис. 2. Токопрохождение в транзисторе в режимах отсечки (а) и насыще­ния (б)

Рис. 3. Включение транзистора в активном режиме работы по схеме с общей базой

Для восстановления электрической нейтральности базы в нее из внешней цепи поступает такое же количество электронов. Движение электронов из внешней цепи в базу создает в ней рекомбинационный ток I_б.рек. Помимо рекомбинационного через базу протекает обратный ток коллектора в противоположном направлении и полный ток базы

I_Б = I_Б.рек — I_КБО.

В активном режиме ток базы в десятки и сотни раз меньше тока кол­лектора и тока эмиттера.