Токи биполярного транзистора

Проследим за движением дырок эмиттера в транзисторе. В эмиттере дырки создают ток I_Эр (рис.4.5), а в коллекторе они представляют собой дырочную составляющую тока коллектора I_Кр, которая меньше тока I_Эр на ток, вызванный рекомбинацией дырок в базе и называемый базовым током рекомбинации I_Бреr:

I_кр = I_эр - I_Брек.

Поскольку назначение транзистора - усиление мощности входного сигнала, ток I_Брек является нежелательным, вследствие чего его стремятся уменьшать. Достигается это путем уменьшения толщины базы так, чтобы w £ L_p, где L_р - диффузионная длина дырок. Чем меньше толщина базы, тем большее число дырок достигнет коллекторного перехода и тем больше дырочная составляющая тока I_Кр.

Через эмиттер помимо дырочного протекает и электронный ток I_Эп, обусловленный переходом в область эмиттера электронов базы. Таким образом, ток эмиттера

I_Э = I_Эр + I _Эп.

Составляющая тока эмиттера I_Эп замыкается в цепи база - эмиттер, не протекает через коллектор и является вредной, вызывая дополнительный нагрев транзистора. Для того чтобы уменьшить ток I_Эп, базу насыщают примесью во много раз меньше, чем эмиттер (примерно на два порядка).

В коллекторе и базе следует также учитывать обратный ток коллекторного перехода I_Ко, образованный неосновными носителями областей базы и коллектора:

I_К = I_Кр + I_Ко.

Поскольку концентрация неосновных носителей значительно больше в базе, чем в коллекторе, обратный ток коллекторного перехода состоит в основном из дырок базы. Величина I_Ко является параметром транзистора, характеризующим его качество (чем I_Ко меньше, тем транзистор лучше). Значения I_Ко при нормальной температуре составляют 0,1 - 100 мкА, причем это у германиевых транзисторов примерно на порядок больше, чем у кремниевых.

В базе протекают ток I_Эп, образованный электронами, инжектированными в эмиттер, ток рекомбинации I_Брек и обратный ток коллекторного перехода I_Ко:

I = I_Эп + I_Брек – I_Ко.

Ток I_Ко направлен навстречу токам I_Эn и I _Брек

I_Б = I_Э - I_К,

а это соответствует первому закону Кирхгофа. Поскольку транзистор изготовляют так, чтобы обеспечить очень малое значение тока базы, ток коллектора незначительно отличается от тока эмиттера: I_К ≈ I_Э.

Итак, через транзистор течет сквозной ток от эмиттера через базу к коллектору (его направление отражено в условном обозначении транзистора — стрелка от эмиттера в сторону базы).

Током коллектора можно управлять. Для этого следует изменить напряжение U_ЭБ источника питания цепи эмиттера. С увеличением U_ЭБ снижается потенциальный барьер эмиттерного перехода и увеличивается ток эмиттера, а следовательно, и ток коллектора (при прочих равных условиях). Таким образом, ток эмиттера является управляющим, а ток коллектора — управляемым. Поэтому транзистор часто назы-вают прибором, управляемым током. Отметим, что изменение обратного напряжения источника питания цепи коллектора практически не вызывает увеличения тока коллектора, так как поле коллекторного перехода является ускоряющим и не может изменять числа дырок, которые пересекают коллекторный переход.