Основные физические процессы в биполярных транзисторах

В рабочем режиме биполярного транзистора протекают следующие физические процессы: инжекция, диффузия, рекомбинация и экстракция. При прямом смещении р n перехода из эмиттера в базу инжектируются неосновные носители. Процесс переноса инжектированных носителей через базу – диффузионный. Характерное расстояние, на которое неравновесные носители распространяются от области возмущения, – диффузионная длина L p. Поэтому если необходимо, чтобы инжектированные носители достигли коллекторного перехода, длина базы W должна быть меньше диффузионной длины L p. И условие W < L p является необходимым для реализации транзисторного эффекта – управления током во вторичной цепи через изменение тока в первичной цепи. Продиффундировавшие через базу без рекомбинации носители попадают в электрическое поле обратно смещенного коллекторного p n перехода и экстрагируются из базы в коллектор.

Для любого p n перехода ток J определяется суммой электронного J n и дырочного J p компонент, а они в свою очередь имеют дрейфовую и диффузионную составляющие: В активном режиме к эмиттеру приложено прямое напряжение и через переход течет эмиттерный ток I э, имеющий две компоненты:, где I эр – ток инжекции дырок из эмиттера в базу, I эn – ток инжектированных электронов из базы в эмиттер. Величина «полезной» дырочной компоненты равняется I эp = γ · I э, где γ – эффективность эмиттера. Величина дырочного эмиттерного тока, без рекомбинации дошедшая до коллектора, равняется γ κI э.

Ток базы I б транзистора будет состоять из трех компонент, включающих электронный ток в эмиттерном переходе I эn = (1 – γ)·I э, рекомбинационный ток в базе (1 - κ )γ I э и тепловой ток коллектора I к0. Тепловой ток коллектора I к0 имеет две составляющие: где I 0 – тепловой ток, I g – ток генерации.