Рекомбинация части электронов в базе транзистора

Как показано выше, большинство электронов, инжектированных эмиттером в базу, попадают в область коллектора. Однако небольшая часть их все-таки успевает рекомбинировать в области базы. Рекомбинация электронов вызывает соответствующий ток во внешней цепи — ток базы /_Б. Поэтому коллекторный ток /_к всегда оказывается меньше эмиттерного 1₃.

Оценка усилительных свойств. В активном режиме между токами биполярного транзистора существует соотношение.

Для оценки усилительных свойств транзисторов используются следующие параметры:

• коэффициент передачи эмиттерного тока — параметр, определяющий долю носителей зарядов (в рассматриваемом случае электронов), инжектированных эмиттером и достигших вследствие диффузии коллектора:

I.

• коэффициент передачи базового тока:

Коэффициенты, а и р являются важнейшими физическими параметрами биполярного транзистора. Так как, а ~ 1, то р 1. Для современных транзисторов максимальное значение, а составляет 0,995, ар — 200. Из формул (2.5) и (2.6) следует, что р = а/(1 — а), или, а = р/(1 + Р).

Вольт-амперные характеристики транзисторов. Наиболее полно свойства транзистора как нелинейного элемента можно описать с помощью вольт-амперных характеристик. В связи с тем что транзистор является трехполюспым элементом, его входные и выходные токи и напряжения достаточно сильно связаны друг с другом. Для полного описания его свойств необходимо располагать по крайней мере двумя семействами ВАХ, например семействами входных и выходных ВАХ. При этом следует учитывать, что форма ВАХ зависит от схемы включения транзистора как усилительного элемента. В зависимости от того, какой электрод является общим для источника усиливаемых сигналов и нагрузки, различают три схемы включения биполярного транзистора: с общим эмиттером, общим коллектором и общей базой.

Рассмотрим семейства ВАХ для схемы включения с общим эмиттером (рис. 2.18, а). В этой схеме входными величинами являются напряжение между базой и эмиттером (С/_БЭ) и ток базы (/_Б), выходными величинами — напряжение между коллектором и эмиттером (U_K3) и ток коллектора (/_к).

Семейство входных характеристик /_Б =f (U_B3) при U_K3 = const приведено на рис. 2.18, б. При напряжении U_K3 = 0, т. е. когда коллектор и эмиттер замкнуты накоротко, к обоим переходам приложено прямое напряжение U_B3. Ток базы при этом является суммой прямых токов эмиттерного и коллекторного переходов. Величина же его незначительна, так как при реальных величинах напряже;

Рис. 2.18. Включение п-р-п-транзистора по схеме с общим эмиттером (я); входные (б) и выходные (в) характеристики транзистора ния U_B3 и сопротивления базы (десятки и более ом), на котором падает часть входного напряжения U_B3, прямое напряжение эмиттерного перехода составляет всего лишь десятые доли вольта (меньше контактной разности потенциалов <�р_к).

При напряжении U_K3 > 0 характеристика сдвигается вправо, и ток базы значительно уменьшается по сравнению со случаем U_K3 = 0. Это происходит по следующим причинам:

• • коллекторный переход смещается в обратном направлении, и его ток уменьшается до величины обратного тока;
• • прямой ток базы мал, так как обусловлен лишь процессом рекомбинации;
• • уменьшается ширина базы (за счет расширения коллекторного перехода при увеличении U_K3), и в ней происходит меньше актов рекомбинации.

В целом изменение U_K3 в режиме, когда U_K3 > 0, мало влияет на ток базы, и входные характеристики для различных значений 11_кэ почти сливаются. Поэтому в справочниках обычно приводится входная характеристика для 11_кэ = 0 и характеристики при U_K3 > 0.

Семейство выходных характеристик /_к ⁼f (U_K3) в схеме с ОЭ при /_Б = const изображено на рис. 2.18, в. В этой схеме выходное напряжение U_K3 приложено одновременно к обоим переходам транзистора, и его режим зависит от соотношений между U_K3 и U_B3.

При положительной полярности напряжений на базе (<�У_БЭ > 0) и на коллекторе (U_K3 > 0) и выполнении условия U_K3 < U_B3 транзистор находится в режиме насыщения. В этом режиме выходной ток транзистора является прямым током коллекторного перехода, и его величина прямо связана с напряжением на коллекторном переходе (U_BK = U_K3 — и_вэ). Следовательно, ток насыщения зависит от U_K3. Режиму насыщения соответствует область ВАХ, расположенная левее пунктирной линии (см. рис. 2.18, в).

Выходная характеристика при 1_В = 0 и U_K3 > 0 весьма близка к ВАХ полупроводникового диода. Условие 1_В = 0 эквивалентно размыканию цепи базы. Физически это соответствует равенству нулю результирующего тока базы, складывающегося из тока источника U_K3 и противоположного ему, но направлению обратного тока /_КБ0. При этом в транзисторе от эмиттера к коллектору протекает ток /_кэо, называемый сквозным. Область ВАХ при /_Б < 0 соответствует режиму отсечки.

При увеличении U_K3 напряжение на коллекторном переходе сначала станет равным нулю (U_K3 = /7_БЭ), а затем, когда при U_K3 > U_h3переход база — коллектор окажется обратно смещенным, транзистор переходит в активный режим. В этом режиме выходной ток транзистора в основном определяется током, обусловленным инжекцией электронов из эмиттера, а на семействе выходных ВАХ будут наблюдаться пологие участки. Активному режиму соответствует область ВАХ, расположенная правее пунктирной линии и выше выходной характеристики при /_Б = 0.