Рассмотрим, как работает транзистор в статическом
режиме без нагрузки, когда включены только источники постоянных
питающих напряжений. Полярность их такова, что на эмиттерном переходе
напряжение прямое, а на коллекторном – обратное. Поэтому сопротивление
эмиттерного перехода мало и для получения нормального тока в этом
переходе достаточен источник с напряжением порядка десятых долей
вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение
обычно составляет единицы или десятки вольт.
Принцип работы транзистора заключается в том, что прямое напряжение
эмиттерного перехода существенно влияет на ток коллектора: чем больше
напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменение
тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера.
Таким образом, входное напряжение управляет током коллектора. Усиление
электрических колебаний с помощью транзистора основано именно на
этом явлении.
Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом.
При увеличении прямого входного напряжения понижается потенциальный
барьер в эмиттерном переходе и соответственно возрастает ток через
этот переход – ток эмиттера. Электроны этого тока инжектируются
из эмиттера в базу и благодаря явлению диффузии проникают сквозь
базу в область коллекторного перехода, увеличивая ток коллектора.
Так как коллекторный переход работает при обратном напряжении, то
в области этого перехода получаются объемные заряды. Между ними
возникает электрическое поле. Оно способствует продвижению через
коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т.
е. втягивает электроны в область коллекторного перехода.
Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невелика,
то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать
с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая
часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате этой
рекомбинации возникает ток базы, протекающий в проводе базы. Вследствие
рекомбинации какое-то количество дырок каждую секунду исчезает,
но такое же количество новых дырок каждую секунду возникает за счет
того, что из базы уходит в направлении к полюсу источника такое
же количество электронов. В базе не может происходить накопления
какого-то большого количества электронов. Ток базы является бесполезным
и даже вредным. Желательно, чтобы ток базы был как можно меньше.
Для этого базу делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию
примесей, которая определяет концентрацию дырок. При выполнении
этих условий меньшее количество электронов будет рекомбинировать
в базе с дырками.
Данное одному из электродов название «эмиттер» подчеркивает, что
электроны как бы эмитируют из этого электрода в базу. На самом же
деле происходит не эмиссия, а инжекция электронов из эмиттера в
базу. Применение этого термина необходимо для того, чтобы отличать
данное явление от электронной эмиссии, в результате которой получаются
электроны в вакууме или разреженном газе.
Эмиттером следует называть область транзистора, назначением которой
является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют
область, назначением которой является экстракция носителей заряда
из базы. А базой является область, в которую инжектируются эмиттером
неосновные для этой области носители заряда.
Эмиттер и коллектор можно поменять местами. Но в транзисторах, как
правило, коллекторный переход делается со значительно большей площадью,
нежели эмиттерный переход, так как мощность, рассеиваемая в коллекторном
переходе, гораздо больше, чем в эмиттерном.
|