Файл: Электроника Ицкович Учебное пособие Ч1 2017.pdf

131

из  базы  в  эмиттер,  который  был  в  равновесном  состоянии                
(рис. 4.5, а),  уменьшается  и  остается  неуравновешенный  поток 
достаточно  «энергичных»  дырок  из  эмиттера  в  базу.  Соответ-
ственно  в  эмиттерном  слое  образуется  отрицательный  заряд, 
а в базовом слое такой же положительный заряд; энергетические 
уровни  электронов  в  эмиттере  повышаются,  затрудняя  переход 
дырок слева направо. Этот процесс продолжается до тех пор, по-
ка потоки дырок из эмиттера и в эмиттер снова не уравновесятся. 

Е

ЭБ 

I

Э 

Е

Э 

I

Э 

ϕ

F

I

Э 

I

К 

U

Rk 

Е

ЭБ 

I

б 

Е

ЭБ 

ϕ

FЭ 

Б

Э

ϕ

F

n 

p 

p  

К 

Э

К

ϕ

F 

Б

К

ϕ

F 

n 

p 

p  

Э

Е

ЭБ 

I

б 

I

К 

Е

ЭБ 

ϕ

FЭ 

ϕ

F

Б

ϕ

F

n 

p  

p  

I

К 

а 

в 

б 

г 

Е

К 

I

б 

ϕ

FЭ 

ϕ

F

Б

ϕ

F

n 

p 

p 

Э 

К 

Е

К 

I

Э 

Е

ЭБ 

Рис. 4.5 — Зонные диаграммы для плоскостного транзистора 

при различных режимах его работы 

132

Во всех случаях у транзистора р-n-р главными рабочими но-

сителями,  образующими  токи  через  переходы,  являются  дырки, 
тогда  как  ток  базы  всегда  обусловлен  электронами;  последние 
компенсируют избыточный заряд дырок в базе и обеспечивают ее 
нейтральность  как  во  время  переходных  процессов,  так  и  в  ста-
ционарном  режиме,  когда  убыль  дырок  обусловлена  только  ре-
комбинацией. 

Распределение носителей в базе. Дырки, инжектированные 

эмиттером,  достигают  коллектора  не  сразу,  а  с  некоторой  за-
держкой, обусловленной их перемещением вдоль базы. Кроме то-
го,  в  связи  с  хаотичностью  движения  дырок  коллекторный  ток 
нарастает не скачком, а плавно. 

Соответственно ток базы в первый момент равен току эмитте-

ра,  а  затем  постепенно  уменьшается  до  стационарной  величины. 
Примерная картина переходного процесса показана на рис. 4.6, где 

з

t  — время задержки, а 

ф

t

 — длительность фронта. 

I

Э 

I

Б 

I

К 

t

0 

t

t

t

t

ф 

t

З 

Рис. 4.6 — Переходные процессы при подаче  

ступеньки эмиттерного тока 

Распределение  дырок  в  базе  почти  линейно,  как  показано 

на рис. 4.7. На самом деле градиент концентрации около коллек-
торного перехода несколько меньше, чем около эмиттерного, по-
скольку  ток  коллектора  (из-за  рекомбинации)  немного  меньше 
эмиттерного тока. Эту разницу в градиентах следует иметь в виду, 

133

но ее трудно отразить на графике. Линейному распределению ды-
рок  должно  соответствовать  почти  линейное  распределение  ком-
пенсирующих  (избыточных)  электронов  в  базе  (рис. 4.7). Заряды 
избыточных  носителей  пропорциональны  площадям  под  кривыми 
их распределения. Поскольку база в целом нейтральна, можно счи-
тать эти площади одинаковыми. Для оценки заряда воспользуемся 
распределением  дырок.  Очевидно,  что  заряд  дырок  пропорциона-
лен толщине базы и току транзистора, определяющему наклон ли-
нии р (х). Вопрос о том, какому из двух токов (

Э

I  или 

K

I ) пропор-

ционален заряд, не очень существен, так как эти токи в стационар-
ном  режиме  почти  одинаковы.  В  большинстве  случаев  удобнее 
считать  заряд  пропорциональным  току  коллектора,  так  как  в  схе-
мах  этот  ток  обычно  не  претерпевает  скачкообразных  изменений. 
Эквивалентную емкость, обусловленную изменениями заряда в ба-
зе, называют, как и в диоде, диффузионной емкостью. 

Б 

 P

0 

 p(х) 

Δ

n 

w 

 p 

Δ

n 

Э 

К 

 х 

Рис. 4.7 — Распределение дырок  

и избыточных электронов в базе 

Модуляция  толщины базы. Как известно, ширина р-n пере-

хода зависит от напряжения на нем. Поскольку эмиттерный переход 
смещен в прямом направлении, его ширина мала и изменения этой 
ширины при изменениях 

Э

U  не имеют существенного значения. 

Коллекторный  же  переход,  смещенный  в  обратном  направ-

лении, имеет сравнительно большую ширину, и изменения ее при 
изменениях  напряжения 

K

U

  важны  для  работы  транзистора. 

А именно, поскольку коллекторный переход сосредоточен в базе 
(как  более  высокоомном  слое),  приращения  его  ширины  оказы-
ваются практически равными приращениям толщины базы. В ре-
зультате  получается  зависимость 

( )

K

w U

,  которую  называют       

134

модуляцией толщины базы или эффектом Эрли. Проанализируем 
эффект модуляции базы. 

Во-первых,  изменение  толщины  базы  влияет  на  ту  долю 

инжектированных  дырок,  которая  доходит  до  коллектора,  избе-
жав  рекомбинации.  Чем  меньше  толщина  базы,  тем  эта  доля 
больше.  Значит,  при  неизменном  токе  эмиттера  модуляция  тол-
щины  базы  приводит  к  изменениям  тока  коллектора.  Соответ-
ственно  коэффициент  передачи  эмиттерного  тока  оказывается 
функцией  коллекторного  напряжения,  а  коллекторный  переход 
имеет конечное дифференциальное сопротивление.  

Во-вторых,  модуляция  толщины  базы  сопровождается  из-

менением  заряда  дырок  в  базе;  иначе  говоря,  имеет  место  зави-
симость заряда от коллекторного напряжения, т. е. коллекторный 
переход  обладает  некоторой  диффузионной  емкостью  дополни-
тельно к обычной барьерной. 

В-третьих, модуляция толщины базы меняет время диффу-

зии дырок через базу; тем самым коллекторное напряжение влия-
ет на частотные свойства транзистора. 

В-четвертых, поскольку тепловой ток эмиттерного перехо-

да 

0

Э

I

  при  тонкой  базе  обратно  пропорционален  ее  толщине, 

напряжение 

K

U

,  модулируя  толщину  базы,  модулирует  также 

ток 

0

Э

I

, а вместе с ним, согласно (2.33), всю вольт-амперную ха-

рактеристику эмиттерного перехода. Следовательно, если одна из 
входных  величин  (

Э

I   или 

Э

U )  задана,  то  вторая  оказывается 

функцией  коллекторного  напряжения  (рис. 4.8). Такое  влияние 
разумно назвать внутренней обратной связью по напряжению. 

 p 

 p 

  х 

 dw 

dp(o

) 

dI

Э

=f

2

[d(grad(p))] 

dU

Э

=f

1

[dp(0)] 

w 

w 

  dw 

  х 

Рис. 4.8 — Влияние модуляции толщины базы на входные  

величины: а — 

Э

I

const

=

; б — 

Э

U

const

=

135

4.3 

Статические

характеристики

транзистора

 
Выше  была  рассмотрена  идеализированная  модель  транзи-

стора. Идеализация заключалась не только в том, что модель счи-
талась одномерной, но и в том, что не учитывались объемные со-
противления слоев. Сопротивления слоев эмиттера и коллектора 
существенны только в некоторых ключевых режимах. Сопротив-
ление  же  базы  существенно  почти  во  всех  случаях,  но  чтобы 
не усложнять предварительный анализ, мы учтем его позднее. 

Формулы  Молла-Эберса. Для транзистора можно принять  

эквивалентную схему, которая показана на рис. 4.9. Здесь каждый 
из переходов изображен в виде диода, а взаимодействие их отра-
жено генераторами токов. Если эмиттерный переход открыт и че-
рез него протекает ток 

1

I , то в цепи коллектора, как известно, бу-

дет протекать несколько меньший ток, поскольку часть инжекти-
рованных носителей рекомбинирует. 

α

N

I

1 

α

i

I

2 

К 

Б 

I

Б 

I

К 

I

Э 

I

2

=f

2

(U

К

) 

I

1

=f

1

(U

Э

) 

U

Э 

U

К 

Э 

Рис. 4.9 — Эквивалентная схема идеализированного  

транзистора 

 
Этот  меньший  ток  обеспечивается  на  схеме  генератором 

1

N

I

α

,  где 

N

α  < 1 — коэффициент  передачи  эмиттерного  тока. 

Индекс N означает  нормальное  включение  транзистора.  Если 
транзистор  работает  в  инверсном  включении  (положительное 
смещение  на  коллекторе  и  отрицательное  на  эмиттере),  то  пря-
мому коллекторному току 

2

I  соответствует эмиттерный ток 

2

i

I

α , 

вытекающий из эмиттера. Коэффициент 

i

α  есть коэффициент пе-

редачи коллекторного тока.