В активном режиме (| UКЭ | > | UБЭ | >0) поток инжектированных эмиттером дырок D p экстрагируется коллекторным переходом также, как и в режиме ОБ, с коэффициентом . Часть дырок (1-α)D p рекомбинирует в базе в электронами, поступающими из омического контакта базы.
При увеличении тока базы отрицательный заряд электронов уменьшает потенциальный барьер эмиттерного перехода, вызывая дополнительную инжекцию дырок в базе.
Проанализируем, почему малые изменения тока базы I Б вызывают значительные изменения коллекторного тока I К. Значение коэффициента β, существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачи α близок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента α = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток.
|
|
Увеличение базового тока в два раза (должны прорекомбинировать две дырки) вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход (должно инжектироваться 200 дырок) и соответственно экстракцию через коллекторный (экстрагируется 198 дырок). Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА. Ток базы стократно вызывает увеличение тока коллектора.
По аналогии с (6.34) можно записать:
(6.37) |
Учитывая (6.1): , получим:
. | (6.38) |
(6.39) |
Учитывая, что
, а | (6.40) |
(6.41) |
где - сквозной тепловой ток отдельно взятого коллекторного pn -перехода в режиме оторванной базы (при , т. С, режим отсечки). За счет прямого смещения базового перехода (рис. 6.16) ток много больше теплового тока коллектора Iк 0.
Рис. 6.16 UБЭ =const, UКЭ – переменное |
В режиме насыщения база должна быть обогащена неосновными носителями. Критерием этого режима является равновесная концентрация носителей на КП (UКБ=0). В силу уравнения UКЭ=UКБ+UБЭ, равенство напряжения на коллекторном переходе нулю может иметь место при небольших отрицательных напряжениях между базой и эмиттером. При UКЭ 0 и UБЭ <0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (UКЭ<UБЭ) UКБ меняет свой знак, сопротивление коллекторного перехода резко уменьшается, коллектор начинает инжектировать дырки в базу. Поток дырок из коллектора компенсирует поток дырок из эмиттера. Ток коллектора меняет свой знак (на выходных ВАХ эта область обычно не показывается).
|
|
При больших напряжениях на коллекторе возможен пробой коллекторного перехода за счет лавинного умножения носителей в ОПЗ (т. D). Напряжение пробоя зависит от степени легирования областей транзистора. В транзисторах с очень тонкой базой возможно расширение ОПЗ на всю базовую область (происходит прокол базы).
Сравнивая выходные ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ и ОБ (рис. 6.17), можно заметить две наиболее существенные особенности: во-первых, характеристики в схеме с ОЭ имеют больший наклон, свидетельствующий об уменьшении выходного сопротивления транзистора и, во-вторых, переход в режим насыщения наблюдается при отрицательных напряжениях на коллекторе.
Рост тока коллектора с увеличением UКЭ определяется уменьшением ширины базы. Коэффициенты переноса æ и передачи тока эмиттера α растут, но коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ растет быстрее α. Поэтому при постоянном токе базы ток коллектора увеличивается сильнее, чем в схеме с ОБ.
Рис. 6.23 Выходные характеристики pnp -транзистора а – в схеме с ОБ, б – в схеме с ОЭ |