Режим роботи біполярного транзистора і основні фізичні процеси

Залежно від поєднання знаків і значень напруг на p-n-переходу транзистора розрізняють наступні режими його роботи:

а) активний режим - на емітерний перехід подано пряме напруга, а на колекторний перехід - зворотне;

б) режим відсічення - на обидва переходу подані зворотні напруги (транзистор замкнений);

в) режим насичення - на обидва переходу подані прямі напруги (транзистор повністю відкритий);

г) інверсний активний режим - напруга на емітерний перехід зворотне, на колекторному - пряме.

Режими відсічення і насичення характерні для роботи транзистора в якості електронного ключа; активний режим використовують при роботі транзистора в підсилювачах. Інверсне включення використовується рідко, наприклад, в схемах двонаправлених перемикачів, при цьому транзистори повинні мати симетричні властивості в обох напрямках.

У режимі відсічення обидва переходу замкнені, через них проходять незначні зворотні струми, що еквівалентно великим опору переходів. У першому наближенні можна вважати, що всі струми рівні нулю, а між висновками транзистора має місце розрив (см.ріс.3.2, а).

У режимі насичення через обидва переходу проходить прямий струм. У першому наближенні можна вважати всі висновки закороченими. Кажуть, що транзистор «стягується в точку» (рис.3.2, б).

Більш складна картина струмів в транзисторі спостерігається при різних полярностях напружень на переходах, тобто в активному режимі. Мал. 3.3 ілюструє принцип роботи транзистора в активному режимі.

Тут показані області p - n -переходів і потоки електронів і дірок в результаті взаємодії переходів в активному режимі.

Через зміщений в прямому напрямку емітерний перехід проходить досить великий прямий струм, обумовлений рухом основних носіїв заряду (в даному випадку - електронів). Електрони пролітають через p-n-перехід і инжектируются (впорскується) в область бази; при цьому дірки з області бази проходять через перехід в емітер (для них p-n-перехід також зміщений в прямому напрямку). Але оскільки емітер має велику концентрацію домішок, то потік електронів з емітера в базу набагато сильніше потоку дірок з бази в емітер. Саме електронний потік і є головною дійовою особою в транзисторі типу n -p-n (аналогічно дірки - в транзисторі типу p-n-р).

Через дифузії і дрейфу (в дрейфовий транзисторах) електрони рухаються в сторону колекторного переходу, прагнучи рівномірно розподілитися в товщі бази. Так як база має дуже малу товщину і мале число дірок, більшість розігнати ще в емітер електронів не встигає рекомбінувати в базі, вони досягають колекторного pn-переходу, де для них, як для неосновних носіїв в області бази, зворотна напруга переходу не є бар'єром, і вже в колекторі електрони потрапляють під яке притягує дію прикладеної зовнішньої напруги, утворюючи у зовнішній ланцюга колекторний струм IК.

В результаті рекомбінації частини електронів з дірками бази утворюється струм бази IБ. спрямований у протилежний від колектора сторону, і колекторний струм виявляється дещо менше емітерного. Через колектор також тече зворотний струм неосновних носіїв - дірок, викликаний зворотним зміщенням колекторного переходу.