Принцип дії біполярного транзистора

 

Енергетична діаграма для площинного транзистора p-n-p типу приведена на рис. 3.3.

 

Рисунок 3.3 – Енергетична діаграма транзистора

 

За відсутності зовнішньої напруги обидва переходи знаходяться в рівновазі і струм через транзистор дорівнює нулю. При вмиканні джерела живлення, наприклад, для випадку схеми з загальною базою, як показано на рис.3.4, емітерний перехід відкривається, а колекторний закритий. Це основний активний режим роботи транзистора. Зміна кривої розподілу потенціалу для цього випадку показана штриховою лінією на рис. 3.3.

В результаті зниження потенціального бар’єру в емітерному переході починається дифузійний рух основних носіїв. Оскільки концентрація дірок в емітері вища концентрації електронів в базі , коефіцієнт інжекції високий.

Внаслідок інжекції дірок з емітера в базу концентрація їх в базі підвищується. Об’ємний позитивний заряд, що утворився поблизу емітерного контактного переходу в базі, компенсується за рахунок електронів, які поступають в базу від джерела живлення U_ЕБ. Внаслідок цього коло емітер-база замикається і по ньому протікає струм І_Е. Електрони, які поступають в базу, рухаються до емітерного переходу і утворюють поблизу нього від’ємний заряд, компенсуючий заряд, утворений дірками. Поблизу емітерного переходу, таким чином, існує підвищена концентрація електронів і дірок.

 

 

Рисунок 3.4 – Схема вмикання транзистора зі спільною базою

 

Внаслідок різниці концентрацій виникає дифузійний рух дірок і електронів в напрямку колектора. В транзисторах ширина бази вибирається такою, щоб при значній концентрації електронів і швидкості руху дірок час їх життя був би значно довшим часу їх перебування в базі. Таким чином, значна кількість дірок (99%), що проникають з емітера в базу, не встигають рекомбінувати з електронами в базі. Поблизу колекторного переходу вони попадають в прискорююче поле колекторного переходу і втягуються в колектор. Відбувається екстракція дірок. Електрони, кількість яких рівна числу дірок, що пройшли до колектора, поступають через базовий вивід під дією прикладеної різниці потенціалів в колекторне джерело живлення. Коло колектор-база замикається і по ньому протікає струм І_К. Таким чином, струм, що тече через емітерний перехід є керуючим струмом, від величини якого залежить струм в колі колектора – струм, що керується. Струм бази І_Б являє собою різницю керуючого струму І_Е і керованого струму І_К, оскільки основні носії бази – електрони при компенсації руху дірок через емітерний і колекторний переходи рухаються у базовому виводі в різних напрямках.

Опір емітерного переходу, зміщеного в прямому напрямку, невеликий. Струм І_Е, а з ним і струм І_К в залежності від U_ЕБ зростають по експоненті. Навпаки, опір колекторного переходу, який зміщений в зворотному напрямку, великий. Збільшення напруги (U_КБ) не викликає зростання струму І_К, оскільки всі дірки, що надходять до колекторного переходу, втягуються його полем при малих значеннях U_КБ.

Якщо в коло емітер-база разом з батареєю зміщення U_ЕБ ввімкнути джерело синусоїдального сигналу U = Um sin wt, то струм емітера і струм колектора будуть змінюватись в такт з ним.

Підключивши в коло колектор-база резистор R_К, можна віділити на ньому підсилену напругу сигналу з тією ж частотою і амплітудою, що перевищує амплітуду вхідного сигналу.

Підсилення може бути значним, оскільки в колекторному колі можна ввімкнути резистор значної величини. Зміна напруги на ньому, а отже, на колекторному переході не повинні викликати помітної зміни струму через транзистор, тому що вплив (U_КБ) на рух дірок із бази в колектор незначні.