Диффузионные токи в транзисторе

Для упрощения будем рассматривать одномерную модель на малых уровнях инжекции, пренебрегая рекомбинацией и генерацией носителей заряда в ОПЗ эмиттерного и коллекторного p-n переходов.

Активный режим транзистора представляется суперпозицией прямосмещённого эмиттерного p-n перехода при нулевом смещении коллектора и обратносмещённым коллекторным переходом при нейтральном эмиттере (рисунок 7.8).

             U_E>0 U_C=0                         U_E=0  U_C<0                    U_E>0  U_C<0

         p     n     p                        p    n         p                    p     n     p       

          I_pE1     I_pC1                           I_pE2     I_pC2                I_E   I_pE      I_pC       I_C

+                                                                                             – +                                      –

U_E                                                                                         U_C U_E                                 U_C

                           I_вп.рек                                        I_вп.ген                                     I_B               

 –                                                                                                 +–                                             +

        

                                       X                                                    X

  W_E   0    W_B                                W_B  0    W_C

                     а)                                                б)                                         в)

Рисунок 7.8 - Активный режим как суперпозиция прямосмещённого эмиттера

 и обратносмещенного коллектора

 

Ток эмиттера определяется суммой

,                                                 (7.8)

где I_pE1 (U_E) – инжекционный ток эмиттера;

I_pE2 (U_C) – генерационная компонента дырочного тока;

I_nE (U_E)  – электронный ток обратной инжекции.

       Ток коллектора

,                                          (7.9)

где I_pC1 (U_E) – коллекторный ток дырок, дошедших от эмиттера;

I_pC2 (U_C) – генерационный ток дырок в базе;

I_nC (U_C) – генерационный ток электронов в коллекторе.

Ток базы является током основных носителей заряда (электронов). Природа тока базы – ток рекомбинационных потерь при пролёте базы (I_pE1 – I_pC1), ток обратной инжекции (рекомбинация в квазинейтральном эмиттере) и тепловой генерационный ток обратносмещённого коллектора. Следует отметить, (рисунок 7.8), что направление рекомбинационной компоненты тока базы противоположно направлению генерационной компоненты.

.                       (7.10)

Для установления связи токов с параметрами транзистора и их количественной оценки воспользуемся рассмотренным ранее распределением диффузионных токов в p-n переходе с ограниченной базой (5.5.3). При этом начало координат будет соответствовать переходу транзистора, к которому приложено смещение (рисунок 7.8). Распределение плотности тока в p-n переходе с ограниченной базой имеет вид (5.53):

.                       (7.11)

Тогда для первой схемы (рисунок 7.7,а) [ U = U_E;  X = (0, W_B, W_E);   s = ∞].

;

 

         ;                                            (7.12)

 

       .

                     

Для второй схемы (рисунок 7.7,б) [ U = –U_С;   X = (0, W_B, W_С);  s = ∞].

;

                 

;                                              (7.13)

                 

;

 Отметим, что в усилительном режиме . При U_C = –1B, ; при U_E = 0,5B, . Поэтому дырочные компоненты токов, связанные с прямым смещением эмиттера (7.12), значительно больше генерационных компонент (7.13), и ими можно пренебречь при оценке коэффициентов передачи тока эмиттера и базы.