Германієвий дрейфовий транзистор (стр. 2 из 4)
і розподіл концентрації інжектованих носіїв у базі можна вважати практично лінійним.
Структура на мал.1 являє собою підсилювач, зміна струму у вхідному ланцюзі якого (емітері) приводить до зміни струму у вихідному ланцюзі (колекторі). Очевидно, зміна струму колектора в даному випадку не може бути більше зміни струму емітера, тобто коефіцієнт підсилення по струму менше 1. Така схема може дати посилення по потужності, тому що струми емітера і колектора майже рівні, але опір навантажувального резистора Rп багато більше опору емітера при прямому зсуві. Колекторний струм створює на навантажувальному резисторі спад напруги 1кRн, що зміщує колектор у прямому напрямку. Тому для нормальної роботи транзистора необхідно, щоб напруга джерела живлення колектора Uк було завжди більше 1кRн. На цьому заснований принцип дії n-p-n- транзистора. Так само працює і p-n-p- транзистор. Визначимо основні параметри n-p-n- транзистора.
У розглянутому випадку електрод бази є загальним для вхідного і вихідного ланцюгів, тому така схема включення транзистора називається схемою з загальною базою (ЗБ). Підсилювальні властивості транзистора в схемі з ЗБ характеризуються коефіцієнтом передачі струму h21 Б, рівним відношенню зміни вихідного струму до зміни вхідного. Звичайно на транзистор подаються постійні ІЭО й Uко, на які потім накладаються змінні складові. Змінні складові струмів емітера Iэ і колектора Iк можна ототожнити зі змінами цих струмів, тому
(2.1)Емітерний n-p- перехід включений у прямому напрямку, і струм через нього складається з дірок, инжектованих у n- область, і електронів, инжектованих у р- область: Iэ=Iрэ+Iпэ. Тоді (2.1) можна переписати у вигляді
(2.2)де g =IрЭ/(Iрэ+Iпэ)— ефективність емітера, b =Iрк/Iрэ — коефіцієнт переносу, gK = Iк/Iрк — ефективність колектора.
Ефективність емітера. Цей параметр визначає частина струму через емітерний n-p- перехід, що відповідає інжекції дірок з p- у n- область. Саме ця частина струму є корисною для роботи транзистора. Як випливає з (2.2),
(2.3)Для одержання високої ефективності емітера необхідно, щоб Iрэ>>Iпэ. У цьому випадку з урахуванням того, що IР ~Dррп /Lр і Iп ~ Dппр /Lп (3.3) прийме вигляд
(2.4)З формули видно, що для збільшення g необхідно, щоб np<pn. Тому що пррр = ппрп, то в якості емітерного переходу застосовується несиметричний p-n-перехід, у якому рр>пп. Використовуючи співвідношення
і 
, 
(2.4) одержуємо 
(2.5)
де перший індекс у рухливості позначає знак носія, а другий — у якій області він знаходиться. Вираз (2.5) отримано для n-p- переходу з довгою базою (W>>Lр). У транзисторі W<<LР і при малому рівні інжекції концентрація інжектованих носіїв у колектора близька до нуля, тому що сильне електричне поле колектора несе дірки з прилягаючого шару бази. Оскільки умови переносу інжектованих носіїв заряду через базу транзистора аналогічні умовам переносу в діоді з тонкою базою при sK = 0, то, відповідно, Iпэ ~ Dррп/W. Тоді (2.5) можемо записати у вигляді
(2.6)
Зазвичай sp»103 Ом-1см-1 , sn»103 Ом-1см-1, тому g практично дорівнює одиниці
Коефіцієнт переносу. Це основний параметр, що визначає залежність характеристик транзистора від частоти і режимів зсуву. За визначенням b= Iрк/IРэ (2.2). Вважаючи, що напруженість електричного поля в базі дорівнює нулю, можна записати
(2.7)
Таким чином, обчислення струмів зводиться до визначення розподілу концентрації інжектованих носіїв у базі р(х) і обчисленню похідних у точках х=0 і х=W.
У робочому режимі через емітер транзистора протікає постійний прямий струм Iэо і на колектор подається постійна зворотня напруга Uко. Вхідний змінний сигнал подається в схемі з ЗБ на емітер і базу. Тому в базі існує постійна складова концентрації інжектованих носіїв, на яку накладається змінна. Нас цікавить посилення змінного сигналу в транзисторі. Записавши так само, як при розгляді еквівалентної схеми n-p- перехіду на малому змінному сигналі, вираз для напруг, струмів і концентрацій у видгляді суми постійної і змінної складових, можна одержати рівняння безперервності для змінної складової концентрації інжектованих носіїв у базі транзистора. Це рівняння має наступний розв’язок:
(2.8)де постійні А1і A2 обчислюються з граничних умов.
Зміна концентрації носіїв струму поблизу емітера (х = 0) визначається вхідним сигналом і може бути прийняте p1 = 1, тому що в результаті необхідно обчислити відношення струмів (2.7) і неважливо, у яких одиницях його визначати. Тому A1+A2=1. Оскільки колекторний перехід включений у зворотному напрямку, то його електричне поле витягає неосновні носії з прилягаючої частини бази і їхню концентрацію можна вважати рівною нулю (мал. 1,в). Отже p1(W)= 0 і A1ехр(W/Lр*)+A2ехр(—W/LР*)=0. Розвязуючи разом два останніх рівняння, одержуємо
Підставивши A1 і A2 у (3.8), одержимо
(2.9)Визначимо коефіцієнт переносу для змінної складової
(2.10)Використовуючи вираз
для Lp*, одержуємо 
На низьких частотах wtР<<1 і ß=sch(W/Lp). Так як W<<Lp то, використовуючи розкладання в ряд, одержимо
(2.11)У цьому виразі врахований збиток неосновних носіїв за рахунок об'ємної рекомбінації при дифузії їх через базу. Воно справедливо для малого змінного сигналу, що відповідає малому рівню інжекції, тобто концентрація інжектованих носіїв р'n<<nn.
Оцінимо вплив рекомбінації неосновних носіїв на поверхні бази на коефіцієнт переносу. Число рекомбінуючих на поверхні дірок sSsрs, де s — швидкість поверхневої рекомбінації; Ss — площа поверхні, на якій відбувається рекомбінація; рs — концентрація інжектованих дірок на поверхні. Тоді струм дірок, рекомбінуючих на поверхні, Is=qsSsрs. Оскільки концентрація інжектованих дірок у емітера найбільша, то, відповідно, рекомбінаційний струм на поверхні буде найбільший поблизу емітера. Тому можна приблизно вважати рs = р'n, де
(2.12)
— концентрація інжектованих носіїв у базі біля емітера (1.12); біля колектора вона дорівнює нулю. Внаслідок малої товщини бази значення β знаходиться в інтервалі 0,9<b<1. Оскільки b є відношенням градієнтів концентрації инжектованих носіїв у базі в колектора і емітера (2.10), тo при b>0,9 можна вважати градієнти концентрації практично рівними. Тому градієнт концентрації нерівноважних носіїв у базі вважається постійним Тоді дірковий струм емітера IРЭ=-qSэDрÑр= =qSэDр(р'п/W), де Sэ — площа емітера.
Втрати діркового струму на рекомбінацію на поверхні Is/Iрэ=sSsW/SэDр.Ці втрати сумуються з втратами на рекомбінацію в обємі:
(2.13)Якщо конструкція транзистора має вид, зображений на мал. 1,а, то, як неважко переконатися, площа поверхні бази пропорційна W. У цьому випадку Ss=AW, де А — постійна, залежна від геометрії транзистора. Використовуючи рівність (2.13), можна записати b=1— 0.5(W/Lр)2(0,5+sАtр/Sэ).
Ефективність колектора. Цей параметр можна визначити як відношення повного струму колектора до діркового: gк=(jрк +jnк)/jрк= 1 + jnк /jpк На відміну від g ця величина завжди більше одиниці. Причина виникнення електронного струму наступна. Дірки, що прийшли з бази в колектор, внаслідок умови збереження електронейтральності викликають приплив через електрод колектора такого ж числа електронів. Ці електрони затягуються електричним полем колектора і переносяться в базу. Струми колектора jрк =qmррЕ—qDрÑр,jnк =qmnnЕ—qDnÑn.