Ток через обратносмещенный переход в транзисторе [закрыт]

Удивительно трудно найти хорошее простое описание того, как работает транзистор. Это описание взято из моей старой книги по физике — я подозреваю, что оно может быть слишком упрощенным, и я уверен, что полное описание уложится в множество уравнений!

Во всяком случае, вот как выглядит NPN-транзистор:

так как вы говорите, переход коллектор-база смещен в обратном направлении и ток не течет.

Хотя на картинке этого не видно, основа очень тонкая и слегка легированная, поэтому плотность дырок довольно низкая. Как только вы подаете напряжение на базу, электроны перетекают из эмиттера в базу и начинают объединяться с дырками. Затем эти электроны могут пересечь переход база-коллектор, и между эмиттером и коллектором протекает ток. Чем больше вы увеличиваете базовое напряжение, тем больше электронов поступает в базу из эмиттера, поэтому больше течет в коллектор и течет больше тока. Таким образом, небольшой ток между эмиттером и базой может управлять гораздо большим током между эмиттером и коллектором.

Транзистор PNP работает так же, но в обратном порядке.

В первом приближении зона обеднения диода с обратным смещением представляет собой просто изолирующую область. Но это не объясняет коллекторный переход транзистора. Нам нужно рассмотреть этот эффект изоляции более подробно.

На самом деле зона истощения не блокирует движение каких-либо находящихся там носителей заряда. Вместо этого там (обычно) нет значительного количества носителей. Зона истощения является изолятором, подобным пустому вакууму: напряжение, приложенное к вакууму, будет производить нулевой ток, показывая, что вакуум является изолирующим... однако любые заряды, введенные извне, будут легко течь.

В перевернутом диоде электроны со стороны n-легирования могут проникнуть в зону обеднения. Но они будут отброшены сильным электронным полем в этой зоне. То же самое происходит, если дырки со стороны p-легирования проникают в зону обеднения: они снова оттесняются.

Но что, если мы сбросим кучу электронов на p-легированную сторону нашего диода? Конечно, многие были бы поглощены дырами там. Но некоторые из них попадут в зону истощения, где они будут сильно вытеснены через соединение и попадут на сторону, легированную n. (Чем больше напряжение обратного смещения, тем быстрее будут двигаться эти заряды.) Таким образом, сброс зарядов на неправильную сторону перевернутого диода вызовет большой ток.

И это именно то, что делают транзисторы: в NPN-транзисторе область эмиттера сбрасывает большое количество электронов в легированную p-базу. С точки зрения CB-перехода эти электроны находятся не на той стороне этого диода. Некоторых проглотили дыры, но большинство блуждает по региону Базы и добирается до зоны истощения Коллекционера. Если они касаются его, он захватывает их и ускоряет их полным полем напряжения Vcb, отбрасывая их в область коллектора. (Их большой КЭ заставляет коллектор нагреваться.)

Итак, хех, BJT очень похож на ламповый триод, где коллекторная область похожа на положительно заряженную металлическую пластину, а зона обеднения коллекторного перехода похожа на вакуум с большим напряжением, приложенным к нему. И что еще хуже [*], с NPN-транзисторами, если мы заставим изначально положительный Vbe становиться все более и более отрицательным, это отключит поток электронов, как это делает электрод сетки.

.

[*] Хуже для тех, кому не нравится идея, что транзисторы BJT похожи на полевые транзисторы и вакуумные триоды: они ведут себя как компоненты крутизны, а выходной ток контролируется сигналом напряжения.

При обратном смещении неосновные носители могут вносить ток, а не основные носители. Таким образом, при обратном смещении коллекторно-базового диода электроны действуют как неосновные носители в транзисторах npn, и из-за этого имеет место проводимость тока.

Проще говоря, и говоря о NPN. Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, что позволяет вводить ток в эмиттер. Транзистор использует этот небольшой инжектируемый ток и усиливает его в токе, который течет от коллектора к эмиттеру. Механизмы для этого сложны, и я не буду их освещать. Но, по сути, если вы также хотите, чтобы переход база-коллектор был смещен в прямом направлении, то усиленный ток также будет течь в базу. Тогда у вас не будет транзистора, так как эти токи должны быть разделены.

Коллекторно-базовый переход смещен в обратном направлении, так что он притягивает основные носители заряда, и это соединение обеспечивает высокое сопротивление току (как в ред. PN-переходном диоде).