Коэффициент передачи тока базы.

Управление транзистором с помощью тока базы. Статический

 

В активном режиме током коллектора можно управлять с помощью тока базы. В цепи базы включается управляющий источник тока, с помощью которого через вывод в базу вводятся электроны. Покажем, что при изменении тока базы будет изменяться ток коллектора (фактически сопротивление коллекторного перехода).

 

Q_э = I_б *t; С ­ t ® ­Q_n = Q_p ® ­I_эр,I_кр;

 

 

При введении в базу электронов в ней появляется электрическое поле, которое понижает оба потенциальных барьера. В активном режиме понижение высоты коллекторного барьера не приводит к заметным изменениям его высоты, так как коллекторное напряжение весьма велико по сравнению с этим изменением. Понижение эмиттерного барьера вызывает инжекцию дырок из эмиттерного перехода в количестве равном числу введённых в базу электронов. В результате база остаётся электрически нейтральной. Введенные электроны, находясь в потенциальной яме, поддерживают инжекцию дырок из эмиттера при непрерывном уходе дырок в коллекторный переход. Один электрон обеспечивает прохождение из эмиттера в коллектор одной дырки.

Ток базы обеспечивает поступление электронов в базу, но одновременно действуют механизмы их ухода из базы. Это инжекция электронов в эмиттер, так как эмиттерный переход смещён в прямом направлении, и рекомбинация в базе. Для простоты объяснения не будем учитывать инжекцию электронов из базы в эмиттер. Тогда основным механизмом ухода электронов из базы будет рекомбинация в базе.

Рассмотрим реакцию токов эмиттера и коллектора на ступеньку тока базы (рис…). Ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора пропорционален заряду электронов в базе. Каждый неравновесный электрон, введённый в базу, за время жизни обеспечивает проход определённого количества дырок. Чем больше заряд введённых в базу электронов Q_e, тем больше ток эмиттера. Если бы рекомбинации не было бы, то при постоянном токе базы с течением времени заряд электронов в базе рос бы бесконечно. Одновременно также рос бы и равный ему заряд инжектированных дырок Q_p. Токи эмиттера и коллектора стремились бы к бесконечности (пунктир на графике). Однако возрастающая с ростом заряда электронов и дырок скорость рекомбинации (она пропорциональна произведению концентрации электронов и дырок) ограничивает рост заряда электронов и дырок в базе. Если сразу после скачка ток электронов базы шёл на накопление заряда, то по мере увеличения заряда всё большая часть его идёт на восполнение возрастающих по мере роста заряда потерь от рекомбинации. Рост заряда прекращается, когда ток рекомбинации становится равным току базы. Время, за которое установится стационарное значение заряда в базе, а, следовательно, и ток коллектора, определяется процессом рекомбинации. Поэтому время, за которое ток коллектора вырастает до величины 0,63 своего стационарного значения после скачка тока базы, равно времени жизни электронов.

Изменение тока базы приводит к изменению заряда электронов в базе и, следовательно, к изменению тока коллектора и эмиттера. Следовательно транзистор управляется током базы.

Отметим, что поскольку в базе транзистора t_p намного больше t_пр, то управление транзистором с помощью тока базы более инерционно по сравнению с управлением с помощью тока эмиттера. Однако мощность затрачиваемая на управление существенно меньше, чем при управлении транзистором с помощью тока эмиттера. Время жизни электронов в базе t_n равно времени жизни дырок t_p [Тугов, с. 121]. За время жизни электрона в базе t_p через базу пройдет t_p/t_пр дырок. Значит примерно (не учитывается инжекция электронов в эмиттер) во столько же раз ток базы меньше тока эмиттера, а, следовательно, меньше и мощность управления.

Качество управления транзистором с помощью тока базы характеризуется интегральным (статическим) коэффициентом передачи тока базы b. Коэффициент передачи тока базы определяется следующим соотношением

 

b= I_кp /I_б.

Поскольку в активном режиме I_кб намного меньше других компонент базового тока, а также I_кp, то

 

b= I_к /I_б,

 

и

I_б = I_рек + I_эn.

 

Тогда статический коэффициент передачи тока базы (ещё говорят коэффициент передачи по постоянному току или интегральный коэффициент передачи тока базы) равен

.

 

Разделим числитель и знаменатель на I_э и получим соотношение, связывающее коэффициент передачи тока базы с коэффициентом передачи тока эмиттера

 

.

 

Статический коэффициент передачи тока базы для транзисторов малой мощности (меньше 0,3 Вт) находится в диапазоне 50 ¸ 100. В специальных микромощных транзисторах, называемых "супербета" он доходит до нескольких тысяч [Тугов, с. 121] .Для транзисторов большой мощности (больше 1,5 Вт) – в диапазоне 5 ¸ 20. Коэффициент передачи тока базы зависит от температуры и тока коллектора по тем же причинам, что и коэффициент передачи тока эмиттера. На рис.. приведена зависимость коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера. С ростом температуры на один градус b увеличивается примерно на 1 % .

Помимо статического для малосигнальных применений используется дифференциальный коэффициент передачи тока базы

 

b_м = dI_к /dI_б.

 

На низких частотах, когда отсутствует фазовый сдвиг между током базы и током коллектора, связь между статическим и дифференциальным коэффициентами передачи устанавливается следующим соотношением

 

.

 

В справочниках по транзисторам в качестве малосигнального коэффициента передачи тока базы используется h-параметр h_21э. Он получается при представлении транзистора четырёхполюсником и синусоидальной форме тока базы.