пенсируют избыточный заряд дырок в базе и обеспечивают ее нейтральность как во время переходных процессов (когда дырки поступают или уходят из базы), так и в стационарном режиме (когда убыль дырок обусловлена только рекомбинацией).

Распределение носителей в базе. Дырки, инжектированные эмиттером, достигают коллектора не сразу, а с некоторой задержкой, обусловленной их перемещением вдоль базы. Кроме того, в связи с хаотичностью движения дырок коллекторный ток нарастает не скачком, а плавно. Соответственно ток базы в первый момент равен току эмиттера, а затем постепенно уменьшается до стационарного значения. Примерная картина переходного процесса показана на рис. 4-6, где 4 - время задержки, а to - среднее время диффузии.

Рис. 4-6. Переходные процессы при подаче ступеньки эмиттерного тока.

Рис. 4-7. Распределение дырок и избыточных электронов в базе.

В установившемся режиме дырки в базе транзистора распределены почти так же, как в диоде с тонкой базой. Это объясняется сходством граничных условий. В самом деле, для диода было принято условие (2-286): hp (ш) = 0; для транзистора при отрицательном смещении коллектора согласно (2-14а) получаем: Ар (ю) - Ро. Поскольку обычно Ро << Ар (0), можно считать эти граничные условия практически одинаковыми. Тогда, используя выражение (2-316) (так как w < L), приходим к выводу, что стационарное распределение дырок в базе почти линейно, как показано на рис. 4-7. На самом деле градиент концентрации около коллекторного перехода несколько меньше, чем около эмиттерного, поскольку ток коллектора (из-за рекомбинации) немного меньше эмиттерного тока. Эту разницу в градиентах следует иметь в виду, но ее трудно отразить на графике. Необходимо подчеркнуть, что линейное распределение свойственно только стационарному режиму. Во время коротких переходных процессов (длительностью порядка to и менее) распределение может существенно отличаться от линейного (см. ис. 15-16 и 15-18).

Линейному распределению дырок должно соответствовать почти линейное распределение компенсирующих (избыточных) электронов в базе (рис. 4-7). Причины небольшого различия в распределении Дьрок и избыточных электронов те же, что и в случае диода (см.

Рис, 4-8. Влияние модуляции толщины базы на входные величины.

Заряды избыточных носителей, пропорциональны площадям под кривыми их распределения. Поскольку база в целом нейтральна, можно считать эти площади одинаковыми. Для оценки заряда удобнее пользоваться распределением дырок. Очевидно, что заряд дырок пропорционален толщине базы и току транзистора, определяющему наклон линии р (х) Вопрос о том, какому из двух токов (/э или /J пропорционален заряд, не очень существен, так как эти токи в стационарном режиме почти одинаковы. В большинстве случаев удобнее считать заряд пропорциональным току коллектора (см. § 15-3),

так как в схемах этот ток обычно не претерпевает скачкообразных измене-dl~f[d.(gra.d(p))] НИИ.

Эквивалентную емкость, обусловленную из-, менениями заряда в базе, называют, как и в диоде, диффузионной емкостью (см § 2-9).

Модуляция толщины базы. Как известно, ширина р-п перехода зависит от напряжения на нем. Поскольку эмиттерный переход смещен в прямом направлении, его ширина мала и изменения этой ширины при изменениях t/g не имеют существенного значения. Коллекторный же переход, смещенный в обратном направлении, имеет сравнительно большую ширину, и изменения ее при изменениях напряжения важны для работы транзистора. А именно, поскольку коллекторный переход сосредоточен в базе (как более высокоомном слое), приращения его ширины вызывают практически равные им приращения толщины базы. В результате получается зависимость w ([/J, которую называют модуляцией толщины базы или эффектом Эрли [561. Посмотрим, каких следствий можно ожидать от этого эффекта.

Во-первых, изменение толщины базы влияет на ту долю инжектированных дырок, которая доходит до коллектора, избежав рекомбинации. Чем меньше толщина базы, тем эта доля больше. Значит, при неизменном токе эмиттера модуляция толщины базы приводит к изменениям тока коллектора. Соответственно коэффициент передачи эмиттерного тока оказывается функцией коллекторного напряжения, а коллекторный переход имеет конечное дифференциальное сопротивление.

Во-вторых, модуляция толщины базы сопровождается изменением заряда дырок в базе; иначе говоря, имеет место зависимость заряда от коллекторного напряжения, т. е. коллекторный пере-

const; 6-1/.

; const.

ход обладает некоторой диффузионной емкостью дополнительно к обычной барьерной.

В-третьих, модуляция толщины базы меняет время диффузии, дырок через базу; тем самым коллекторное напряжение влияет на частотные свойства транзистора.

В-четвертых, поскольку тепловой ток эмиттерного перехода /эо при тонкой базе обратно пропорционален ее толщине [см. (2-366)], напряжение U, модулируя толщину базы, модулирует также ток /до, а вместе с ним согласно (2-33) всю вольт-амперную характеристику эмиттерного перехода. Следовательно, если одна из входных величин (/, или U) задана, то вторая оказывается функцией коллекторного напряжения (рис. 4-8) \ Такое влияние разумно назвать внутренней обратной связью по напряжению.

4-3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

Выше была рассмотрена идеализированная модель транзистора. Идеализация заключалась не только в том, что модель считалась одномерной, но и в том, что не учитывались объемные сопротивления слоев. Сопротивления

Рис. 4-9. Эквийалентная схема идеализированного транзистора.

слоев шиттера и коллектора существенны только в некоторых ключевых режимах (см. гл. 15). Сопротивление же базы существенно почти во всех случаях, но, чтобы не усложнять предварительный анализ, будет учтено позднее.

Формулы Молла - Эбер-са. Приступая к выводу основных характеристик, примем еще одно упрощение, а именно пренебрежем эффектом модуляции толщины базы вместе с его следствиями. Тогда для транзистора можно принять такую эквивалентную схему [57], которая показана на рис. 4-9. Здесь каждый из переходов изображен в виде диода, а взаимодействие их отражено генераторами токов.

Так, если эмиттерный переход открыт и через него протекает ток /j, то в цепи коллектора, как известно, будет протекать несколько меньший ток, поскольку часть инжектированных носителей рекомбинирует. Этот меньший ток обеспечивается на схеме генератором алг/i, где адг < 1 - коэффициент передачи эмиттерного тока. Индекс N означает нормальное включение транзистора. Если триод работает в инверсном включении (положительное смещение на коллекторе и отрицательное на эмиттере), то прямому

В общем случае, когда источник смещения в цепи эмиттера имеет конечное сопротивление, изменения t/к влияют и на ток /а, и на напряжение t/g.