Биполярный транзистор. Принцип действия. Уравнение токораспределения

Биполярным транзистором называют электрический прибор, имеющий два p–n перехода, пригодный для усиления мощности электрических сигналов.

В работе биполярных транзисторов используются носители обеих полярностей (электроны и дырки).

Особенность биполярного транзистора состоит в том, что между его электронно–дырочными переходами существует взаимодействие – ток одного из переходов может управлять током другого.

По порядку чередования p–n переходов транзисторы бывают: n–p–n и p–n–p типов.

В активном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку. В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются - впрыскиваются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует (исчезновение носителей заряда в результате столкновения зарядов противоположных знаков) с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они — неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (I_э=I_б + I_к). Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (I_к = α I_э) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α / (1 − α) =(10..1000). Таким образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током коллектора. Уровни электронов и дырок примерно равны.

Принцип действия основан на:

· инжекция носителей через прямосмещенный эмиттерный переход.

· рекомбинация и диффузионный перенос носителей через область базы от эмиттерного к коллекторному переходу.

· экстракция носителей через обратносмещенный коллекторный переход.