телей аналогичен транзистору р-п-р. Рабочий ток в нем создается электронами зоны проводимости эмиттерной области в отличие от транзистора р-п-р, где ток обеспечивается дырками валентной зоны.

Распределение концентрации носителей заряда. В активном режиме работы транзистора через прямо смещенный эмиттерный переход происходит инжекция неосновных носителей заряда - дырок в базу, а электронов в эмиттер, вследствие чего их концентрации р (х) и п{х) возрастают у эмиттерного перехода (см. рис. 5.4). В эмиттерной области и базе инжектированные носители совершают диффузионное перемещение, поэтому по мере удаления от эмиттерного перехода их концентрации п{х) и р{х) снижаются по экспоненциальному закону.

В области коллекторного перехода, к которому приложено обратное напряжение, происходит экстракция дырок из базы в коллектор, а электронов из коллектора в базу, поэтому их концентрации р{х) и п{х) снижаются.

Распределение дырок в базе в установившемся режиме близко к линейному закону. Поскольку база в целом электронейтральна, то линейному распределению дырок должно соответствовать близкое к линейному распределению в ней компенсирующих (избыточных) электронов. При широкой базе концентрация носителей (из-за увеличения в ней процесса рекомбинации) изменяется экспоненци-.ально.

§ 5.3. Токи в биполярном транзисторе

Ток в эмиттерном переходе. В активном режиме эмиттерный переход смещен прямым внешним напряжением. Полный ток через эмиттерный переход в р-п-р транзисторе (без учета небольших значений тока утечки и рекомбинации)

/э = /эр + /э„ = /э6 (/б/г 1) „ли Us6 = <fr In (/э эо + 1). (5.1)

Концентрация носителей в эмиттерной области больше, чем в базе, поэтому преобладающее значение в переходе имеет инжекци-. онный ток дырок /эр в базу. Он определяет значение выходного тока коллекторной цепи. Инжекционный ток электронов из базы в эмиттерную область мал. Он замыкается во входной цепи и является источником потерь.

Эффективность эмиттера оценивают коэффициентом инжекции, который равен отношению полезного тока к полному прямому току в переходе,

Y„ = - =--- =-J-«0,98-1-0,99. (5.2)

1э Iэр -Ь 1эп 1 -Ь эп/1эр

Перенос носителей заряда в базе. Напряжение коллекторной цепи кб в основном падает на обратно смещенном коллекторном переходе, имеющем большое сопротивление. Падением напряжения в

азе можно пренебречь по малости. В связи с этим движение инжектированных дырок в базе можно считать чисто диффузионным. Рекомендация инжектированных дырок в базе несущественна, поэтому рекомбинационный ток /б мал. Поток дырок /эр распределяется между базой /б и коллектором /«р, т. е.

Гзр=1ъ+1к„ или 1ъ = Гэ„ - 1р. (5.3)

Эффективность переноса неравновесных неосновных носите-.дей в базе оценивают коэффициентом переноса. Он равен отношению тока /кр неосновных носителей, достигших коллекторного пе--рехода, к току /эр инжектированных неосновных носителей в базу:

S„ = --=---- (5.4)

1эр б+кр рб

Обычно в транзисторах йУб/рб0,2-0,3, при которых бп~ :KiO,95-f-0,98. Для получения близкого к единице коэффициента переноса следует снижать вероятность рекомбинации носителей в базе, уменьшая ее ширину и концентрацию донорных примесей (электронов) в ней. При этом увеличиваются диффузионная длина дырок в базе Lp6 и вероятность их экстракции в коллекторную область.

Ток в коллекторном переходе. В активном режиме коллекторный переход находится под обратным напряжением. Для неосновных носителей базы и коллектора поле этого перехода является ускоряющим. Под действием поля коллекторного перехода происходит экстракция дырок из базы в коллектор и встречная экстракция электронов из коллектора в базу.

Согласно (5.3) ток экстракции дырок из базы в коллектор

Гкр = 1эр-1б- (S-5)

Ток экстракции электронов /«о является одной из составляющих обратного тока коллекторного перехода, находящегося под обратным напряжением. Применительно к коллекторному переходу, пренебрегая током рекомбинации и утечки, согласно (3:24) полный обратный ток

кбо = ко + Kg-- (5-6)

Обратный тепловой ток /ко увеличивает концентрацию электронов в базе, усиливает в ней рекомбинацию дырок, чем снижает коэффициент переноса. Ток генерации определяется процессами генерации носителей в коллекторе, базе и коллекторном переходе. Эти токи (/ко и /к§) представляют неуправляемую часть коллекторного тока. Полный ток через коллекторный переход

/к = /к/; + кбо = /кр-Ь/ко-Ь/к«-- (5-7)

При высоком обратном напряжении в коллекторном переходе возможно лавинное умножение носителей (за счет ударной иони-

зации или генерации, возникшей при высокой напряженности поля) и ток коллектора возрастает

/к«М(/,р+/„о + /кг), (5.8)

где М - коэффициент лавинного умножения носителей.

У обычных транзисторов М=1, а у лавинных в результате многократных столкновений носителей с атомами решетки М>1.

Эффективность коллектора оценивают коэффициентом

показывающим долю дырочного тока в общем токе коллектора.

Коэффициент передачи тока. Эффективность работы транзистора как усилительного элемента, включенного в схеме с ОБ, оценивают статическим интегральным коэффициентом передачи эмиттерного тока. Он показывает, какая часть тока эмиттера замыкается через коллекторную цепь

/„ 1эр 1кр /„ а„ = - = ------УиВлОк- (й.10>

Как видим, интегральный коэффициент передачи тока аи можно выразить через коэффициенты, характеризующие процессы в эмиттерном уи и коллекторном ак переходах и в базе бп- В нормальных условиях работы транзистора ак~1, тогда

аи=-УиВ,1. (5-11)

В транзисторах с тонкой базой (и)б<20 мкм) аи определяется коэффициентом инжекции уи, а при и)б20 мкм - коэффициентом переноса-

С учетом (5.7) и (5.10) полный ток коллекторного перехода

= а„/э -ь /бо ~ УиВб/э + /кбо • (5 • 12)

Здесь первое слагаемое представляет собой управляемую часть коллекторного тока в транзисторе, а второе - его собственный (неуправляемый) обратный ток.

При анализе работы транзисторов в цепях переменного тока с малыми сигналами пользуются дифференциальным коэффициентом передачи эмиттерного тока:

const ™И%6 = -

t/g=const

(5.13)

в активном режиме или при низком уровне инжекции можно принять /i2i6=«H, поэтому В дзльнейшем будем пользоваться дифференциальным коэффициентом /Z2i6, называя его просто коэффициентом передачи тока в схеме с ОБ. Для схемы с ОБ /z2i6 = 0,9S-f-0,99.

Для схемы с ОЭ, в которой входным (управляющим) является ток базы /б, а выходным (управляемым) -ток коллектора /к, коэффициент передачи базового тока