1

5.      Структура и режимы работы биполярного транзистора.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей полупроводника с чередующимися типами проводимости, разделенными р-п-переходами. Из-за близкого расположения  р-п-переходов между ними существует взаимодействие. Каждая область транзистора выполняет определенную функцию, поэтому концентрации легирующих примесей в них и названия областей различны.

Средняя область транзистора, расположенная между двумя               р-п-переходами, называется базой (B). Одна из крайних областей с наивысшей концентрацией легирующей примеси называется эмиттером (E). Основным назначением эмиттера является инжекция неосновных носителей заряда в область базы. Соответствующий          р-п-переход называют эмиттерным. Инжектированные в базу носители диффундируют в сторону третьей области, называемой коллектором

(C). Основным назначением коллектора является собирание инжектированных эмиттером носителей заряда. Соответствующий   р-п-переход, расположенный между базой и коллектором, называют коллекторным.

Существуют два типа биполярных транзисторов: п-р-п и р-п-р.  Буквы обозначают тип проводимости эмиттерной, базовой и коллекторной областей соответственно. Символическое изображение транзисторов разных типов приведено на рис. 3.18. Стрелка эмиттера показывает условное направление тока.

 

Рис. 3.18. Символическое изображение транзисторов: а — n-p-n-типа;  б — p-n-p-типа

При анализе работы биполярного транзистора ограничим наше рассмотрение приборами п-р-п-типа, которые в настоящее время используются гораздо чаще, имеют лучшие характеристики и большее усиление, особенно в интегральных схемах. Транзисторы  р-п-р-типа по принципу действия ничем не отличаются от п-р-п-транзисторов, однако им свойственны другие полярности рабочих напряжений.

Известны три схемы включения биполярных транзисторов в электрическую цепь, при которых возможно усиление электрической мощности:

схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером (ОЭ) и схема с общим коллектором (ОК), которые приведены на рис. 3.19 для транзистора п-р-п-типа. Кроме того на рис. 3.19 показаны внешние источники напряжений и токи, протекающие через транзистор, в нормальном режиме работы.

Любая из схем включения обладает своими достоинствами и недостатками, поэтому выбор схемы включения транзистора в каждом конкретном случае зависит от требуемых условий. На практике чаще всего используется схема включения с общим эмиттером (ОЭ), которая позволяет получать наибольшее усиление по мощности.

 

а)                     б)                            в)

Рис. 3.19. Схемы включения транзистора: а — схема ОБ; б — схема ОЭ; в — схема ОК

 

.

 

 

Структура дискретного биполярного п-р-п-транзистора приведена на рис. 3.20.

 

Рис. 3.20. Структура дискретного        биполярного n-p-n-транзистора

Результирующее распределение примесей в областях транзистора (сплошная линия) распределения примесей при базовой и эмиттерной диффузиях (пунктирные линии) показаны на рис. 3.21.

 

Рис. 3.21. Распределение примесей в дискретном биполярном  n-p-n-транзисторе

Здесь  и — поверхностные концентрации примесей при эмиттерной и базовой диффузиях, а  — концентрация примеси в коллекторной области, выполненной методом эпитаксии.

Эмиттер представляет собой сильнолегированную область, о чем  свидетельствует знак «+» при обозначении типа проводимости эмиттернорного слоя — . У реальных транзисторов площади                    р-п-переходов существенно различаются. Эмиттерный переход имеет значительно меньшую площадь, чем коллекторный.

Каждый из р-п-переходов транзистора имеет донную и боковые части. Рабочей или активной областью транзистора является область, расположенная под донной частью эмиттерного перехода (на рис. 3.20 эта область заштрихована). Остальные участки, наличие которых обусловлено технологическими  причинами, являются пассивными.

Идеализированная структура биполярного п-р-п-транзистора для его активной области приведена на рис. 3.22. Взаимодействие между эмиттерным и коллекторным переходами обеспечивается малой щириной базы , которая у современных транзисторов, как правило не превышает 1 мкм.

 

Рис. 3.22. Идеализированная структура биполярного n-p-n-транзистора

 

Внешние напряжения  и  создают соответствующие смещения на переходах. В зависимости от полярности напряжений  и  различают четыре режима работы транзистора (рис. 3.23):

Рис. 3.23. Режимы работы n-p-n-транзистора

 

1) нормальный (активный) режим, когда на эмиттерном переходе действует прямое смещение, а на коллекторном — обратное;

2) инверсный режим, когда на эмиттерном переходе действует обратное смещение, а на коллекторном — прямое;

3) режим двойной инжекции (насыщения), когда на оба перехода поданы прямые смещения;

4) режим отсечки (запирания), когда на оба перехода поданы обратные смещения.

В режимах двойной инжекции и отсечки управление транзистором практически отсутствует. В нормальном режиме управление транзистором осуществляется наиболее эффективно. Только работая в нормальном режиме, транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы, т. е. усиливать, генерировать, переключать электрические сигналы и  т. д.

Основные свойства транзистора определяются процессами, происходящими в базе. Существенное влияние на работу транзистора оказывает распределение легирующей примеси в базе. Если примесь в базе распределена равномерно (однородная база), то в ней отсутствует внутреннее поле и движение носителей заряда имеет чисто диффузионный характер. При неравномерном распределении примеси   в области базы (неоднородная база) в ней возникает внутреннее электрическое поле, а значит, появляется дополнительная дрейфовая составляющая в движении носителей заряда. При этом необходимо так распределить примесь в базе, чтобы внутреннее поле способствовало движению носителей заряда от эмиттера к коллектору.

Это возможно в случае уменьшения концентрации некомпенсированной примеси в базе   в направлении от эмиттера к коллектору (см. рис. 3.21.).

Принцип работы биполярного транзистора заключается в управлении током через обратно смещенный коллекторный переход. Известно, что в обратно смещенном р-п-переходе ток очень мал и определяется только неосновными носителями заряда, которые генерируются в области объемного заряда или вблизи нее. Однако при появлении у границ такого перехода дополнительных источников неосновных носителей  ток через обратносмещенный переход увеличивается. Такими источниками, например, могут быть частицы высокой энергии, попадающие при внешнем излучении в диодные фотоприемники или датчики излучения.

Другой способ увеличения концентрации неосновных носителей заряда около обратно смещенного p-n-перехода заключается в размещении в непосредственной близости от него другого                      p-n-перехода, смещенного в прямом направлении. Данный способ особенно удобен, так как обеспечивает электрическое управление концентрацией неосновных носителей, т. е. управление ею с помощью напряжения смещения, приложенного к этому прямо смещенному переходу.

Такая модуляция тока в одном  p-n-переходе с помощью изменения напряжения смещения другого перехода, расположенного рядом с ним, называется

механизмом работы биполярного транзистора. Эта одна из самых важных идей во всей истории развития электронных приборов.  За исследования, в результате которых эта идея была разработана и реализована, изобретатели биполярного плоскостного транзистора Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн были удостоены Нобелевской премии по физике в 1956 г.

Принцип работы биполярного транзистора.

ИССЛЕДОВАНИЕ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА.

Назначение работы

Целью настоящей работы является изучение принципа функционирования и основных характеристик биполярного транзистора. В данной работе снимаются статические характеристики биполярного транзистора в схемах с ОБ и ОЭ, по полученным характеристикам определяются его h-параметры.

Теоретические сведения

Биполярным транзистором называют трёхэлектродный полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих p-n перехода, прохождение тока в котором обусловлено движением заряда обоих знаков – электронов и дырок.

Биполярный транзистор содержит три полупроводниковые области с чередующимися типами проводимости (рис.2.1) p-n-p (a) или n-p-n (б). Одна из крайних областей всегда легируется сильнее, её называют эмиттером, назначение её – инжекция носителей в среднюю область структуры, называемую базой. Другую крайнюю область называют коллектором, он менее легирован, чем эмиттер, и предназначен для экстракции носителей из базовой области.

Электронно – дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным. Переход на границе база – коллектор называют коллекторным. Он собирает инжектированные в базу носители и передаёт их в коллекторную область.

Рис 2. 1 Cтруктуры и условные графические обозначения транзисторов p-n-p (а) и n-p-n (б) типа.

Принцип работы транзисторов обоих типов одинаков, различие заключается лишь в том, что в транзисторе n-p-n в образовании коллекторного тока принимают участие электроны, инжектированные эмиттером, а в транзисторе p-n-p типа – дырки.

На рис. 2.2, а показана структура транзистора n-p-n типа. С помощью внешних источников напряжения эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. Таким образом, транзистор функционирует в активном режиме, когда проявляются его усилительные свойства.

φ φк+Ек х φк-Еэ a) б)

Рис. 2.2. Токи в транзисторе n-p-n типа (а), распределение потенциала в областях транзистора (б).

Принцип действия биполярного транзистора основан на использовании трёх явлений:

• инжекции носителей из эмиттера в базу;

• переноса инжектированных в базу носителей к коллекторному переходу;

• экстракции инжектированных в базу и дошедших до коллекторного перехода неосновных носителей из базы в коллектор(рис. 2.2,б).

Рассмотрим эти явления подробнее. При подключении к эмиттерному переходу прямого напряжения противоположно направленное внешнее поле компенсирует внутреннее поле перехода и уменьшает контактную разность потенциалов на величину Е_э (рис. 2.2, б). Это приводит к возникновению инжекции электронов из эмиттера в базу и дырок из базы в эмиттер. Таким образом, в цепи эмиттера протекает эмиттерный ток I_э, который представляет собой диффузионный ток основных носителей и содержит две составляющих – дырочную и электронную.

Поскольку дырочная составляющая эмиттерного тока замыкается исключительно в цепи эмиттер – база, она не участвует в образовании коллекторного тока, а значит является бесполезной, и её следует уменьшать. Поэтому при создании транзисторов область базы всегда легируют намного слабее, чем эмиттерную область(n_э>>p_б). При этом из эмиттера в базу инжектируется гораздо большая часть носителей, чем из базы в эмиттер.

Количественно процесс инжекции характеризуется величиной коэффициента инжекции, которая показывает, какую часть от полного тока эмиттера составляет её полезная часть I_эn.

Поскольку абсолютно исключить поток дырок из базы в эмиттер невозможно, то следует полагать, что <1 всегда и в лучшем случае 0. 9995

В результате инжекции электронов в базу у эмиттерного перехода их становится больше. Коллекторный же переход включён в обратном направлении и работает в режиме экстракции. Он втягивает все электроны, подошедшие к нему и перебрасывает их в коллектор. Таким образом, концентрация электронов в базе у коллекторного перехода значительно меньше, чем у эмиттерного. В базе возникает градиент концентрации, под действием которого электроны диффундируют к коллекторному переходу (рис. 2.2, б). Распределение концентрации электронов в базе показано на рис. 2.3. Поскольку толщина базового слоя мала (W_б<<L_n), то закон распределения близок к линейному . Градиент концентрации электронов в базе определяет диффузионный ток электронов в направлении к коллекторному переходу.

Описанный характер движения электронов в базе возможен только при условии электрической нейтральности базы, когда количество находящихся в объёме базы электронов равно количеству дырок.

Рис. 2.3. Распределение неосновных носителей в базе транзистора в активном режиме.

В процессе диффузии через базу часть электронов рекомбинирует с дырками базы. В результате актов рекомбинации количество электронов, дошедших до коллектора не будет равно количеству электронов, поступивших из эмиттера, следовательно, электронная составляющая тока коллектора I_кn будет меньше электронной составляющей эмиттерного тока I_эn.

Акты рекомбинации электронов с дырками создают недостаток дырок, требующихся для компенсации электронов, входящих в базу из эмиттера. Необходимые дырки поступают по цепи базы, создавая базовый ток транзистора I_брек. Таким образом, разность между электронными составляющими эмиттерного и коллекторного токов представляет собой базовый ток рекомбинации:

Процесс рекомбинации дырок в базе численно определяется коэффициентом переноса носителей через базу, который показывает, какая часть носителей из эмиттерного перехода достигла коллекторного перехода.

Из выражения видно, что <1 всегда. Максимальное значение   0,95 – 0,99. Чтобы увеличить коэффициент переноса ( приблизить к единице) и увеличить тем самым электронную составляющую коллекторного тока, необходимо уменьшить I_брек. Для этого при изготовлении транзисторной структуры необходимо обеспечить следующие условия:

1. базу необходимо выполнить настолько тонкой, чтобы её ширина была бы гораздо меньше диффузионной длины носителей в базе (W_б<<L_n), тогда большая часть носителей, в данном случае электронов, успеет дойти до коллекторного перехода, не успев рекомбинировать с дырками базы;

2. базу следует легировать слабо, чтобы опять же уменьшить число актов рекомбинации электронов с дырками базы;

3. площадь коллекторного перехода должна быть больше площади эмиттерного перехода (S_кп>>S_эп), чтобы уменьшить вероятность рекомбинации в краевых областях базы.

Таким образом, электроны, достигшие обратно смещённого коллекторного перехода, будут втянуты полем и примут участие в образовании коллекторного тока.

При отсутствии инжекции из эмиттера в цепи коллекторного перехода протекает тепловой ток I_кбо, состоящий из двух дрейфовых токов неосновных носителей: тока дырок из коллектора в базу и тока электронов из базы в коллектор. Обратный ток коллектора I_кбо при оборванном эмиттере подобен обратному току в диоде. Он сильно зависит от температуры и является одним из важных параметров транзистора.

Если из эмиттера в базу происходит инжекция, то ток коллектора возрастает на величину I_кn:

Если учесть связь I_кn с полным током эмиттера I_кn = I_эn = I_э, то получим уравнение:

(2. 1)

Где  =  — коэффициент передачи тока эмиттера, он характеризует усилительные свойства транзистора в схеме с общей базой. Так как  и  — величины меньше единицы, то и  < 1.

Ток в цепи базы обусловлен изменением заряда базы, определяемым концентрацией основных носителей в базе – дырок в n-p-n транзисторе.

Изменение концентрации дырок в базе происходит по трём причинам: диффузии дырок из базы в эмиттер навстречу основному потоку электронов, рекомбинации с электронами в базе, а также дрейфа электронов и дырок через коллекторный переход. Таким образом, в цепи базы будут протекать три составляющих тока базы:

Ток базы связан с другими токами электродов транзистора соотношением

(2. 2)

Подставив в него (2.1), получим выражение для тока базы через полный ток эмиттера:

Мы рассмотрели структуру транзистора, где базовый вывод связан с корпусом. Такое включение транзистора называется включением с общей базой (ОБ). Уравнение (2.1) является уравнением работы биполярного транзистора в схеме с ОБ. Из него следует, что биполярный транзистор – это прибор, управляемый током. В данной схеме входной ток эмиттера управляет выходным током коллектора.

Учитывая, что коэффициент <1, можно сделать вывод: схема с ОБ не даёт усиления по току: I_к  I_э. Однако, сам транзистор обладает усилительным эффектом, который заключается в том, что ток эмиттера I_э, создаваемый источником Е_э, а также его приращения I_э, практически целиком передаются в коллекторную цепь, где этот ток с соответствующими приращениями течёт уже под действием ЭДС источника Е_к, которая выбирается значительно больше Е_э.

Таким образом, обеспечивается управление большей мощностью в коллекторной цепи при небольшой затрате мощности в эмиттерной.

Хорошее усиление по току даёт схема на рис. 2.4, где общим электродом является эмиттер, входным током – ток базы, а выходным – коллекторный ток.

+ — — +

Рис. 2.4. Схема включения с общим эмиттером.

С учётом выражений (2.1) и (2.2) можно получить уравнение для тока коллектора в схеме с ОЭ.

Отсюда

(2. 3)

Если обозначить , то выражение (2.3) можно преобразовать к виду

(2.4)

Выражение (2.4) называется основным уравнением транзистора в схеме с ОЭ, а коэффициент  — коэффициентом передачи тока базы. Поскольку   1 и (1 — ) мало, то значение  велико и обычно находится в пределах от десятков до сотен. В некоторых типах транзисторов он достигает нескольких тысяч.

Кроме схем с ОЭ и ОБ существует ещё схема включения с общим коллектором (ОК). Для неё входной является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

bjt — Основная работа биполярного транзистора

Вот как я это вижу, надеюсь, это добавит что-то полезное в обсуждение:

ПОЛУПРОВОДНИКИ, ДИОДЫ И ТРАНЗИСТОРЫ

ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРКИ

Давайте подумаем a ряд монет, выложенных в линию, соприкасаясь, через стол. Переместите правый конец пенни на ширину одного пенни вправо, оставив зазор. Затем продолжайте перемещать пенни слева от промежутка в пространство. По мере того, как вы продолжаете, все монетки перемещаются вправо, а пробел перемещается по столу влево. Теперь представьте пенни в виде электронов, и вы увидите, как электроны, движущиеся в одном направлении через полупроводник, заставляют дырки двигаться в противоположном направлении.

Чтобы растянуть аналогию, мы могли бы использовать маленькие стопки пенни, поэтому многие из них должны двигаться вправо, прежде чем дырка сдвинется влево. Или у нас может быть несколько пенни и много места, чтобы отверстия легко перемещались по мере того, как редкие монеты перемещались через широкие промежутки. Эти два случая моделируют две формы легированного кремния: добавлено много электронов, и мы имеем N-тип, много дырок (электроны удалены) и мы имеем P-тип. Типы достигаются путем смешивания (легирования) кремния с небольшими количествами других металлов.

Поскольку электронам приходится бороться с атомами полупроводника, его удельное сопротивление относительно велико. В ранних полупроводниках использовался германий, но, за исключением особых случаев, в настоящее время универсальным выбором является кремний.

Медная проволока может быть представлена ​​в виде больших куч копеек электронов, расположенных близко друг к другу, поэтому ток представляет собой движение нескольких копеек на вершинах куч, дырок не образуется вообще. При таком количестве доступных для тока удельное сопротивление, как известно, низкое.

ДИОДЫ

Самый распространенный полупроводниковый диод (есть и другие специализированные типы) имеет переход между N-типом и P-типом. Если к диоду прикладывается напряжение, положительное на конце N-типа и отрицательное на другом, все электроны притягиваются к положительному концу, оставляя дырки на отрицательном конце. Почти без электронов в середине почти не может течь ток. Диод «смещен в обратном направлении»

Когда напряжение подается в противоположном направлении, отрицательное к концу N-типа и положительное к P-типу, электроны притягиваются к середине и могут пересекаться, компенсируя дырки в диоде. P-типа и вытекают в соединительный провод. На другом конце, отрицательном напряжении, электроны отталкиваются в середину диода, чтобы быть замененными теми, которые затекают из провода, поэтому в целом ток может течь легко: диод смещен в прямом направлении.

Соединения с диодом называются «Анод», который является положительным концом, когда диод смещен в прямом направлении, и «Катод», который является отрицательным концом. Я помню их по аналогии с теми же терминами для ламп, которым требуется высокое положительное напряжение (HT для «высокого напряжения» — держите пальцы подальше) на аноде, чтобы протекал ток. Хорошей мнемоникой для полярности диода с прямым смещением может быть PPNN: «Положительный, P-тип, N-тип, Отрицательный».

Варакторный диод использует тот факт, что две отдельные области заряда, положительный и отрицательный, образуют грубый конденсатор. Таким образом, специально разработанные диоды созданы для использования этого при обратном смещении. Приложенное напряжение раздвигает заряды, образуя «истощающий слой» между контактами. Увеличение приложенного обратного напряжения делает этот слой толще, что снижает емкость, и наоборот. Варакторные диоды обычно используются в настраиваемых цепях для изменения частоты, заменяя пластинчатые конденсаторы, которые использовались во времена ламп.

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Биполярный транзистор — это транзистор, работа которого зависит как от электронов, так и от дырок. Он состоит из двух диодов, расположенных вплотную друг к другу и имеющих общий центральный слой. Один из внешних выводов — это коллектор C, а другой — эмиттер E. Центральное соединение — это база B, которая является частью диодов CB и BE. Итак, у нас получился трехслойный бутерброд. При нормальном использовании диод между C и B смещен в обратном направлении, поэтому без присутствия BE-диода и его эффекта ток не протекал бы, потому что все электроны притянуты к одному концу секции CB, а дырки к другой конец, как в диоде, приложенным напряжением.

Диод BE смещен в прямом направлении, поэтому ток может протекать, и внешняя цепь настроена на ограничение его до довольно малого значения, но через базу и эмиттер все еще проходит много дырок и электронов.

А теперь хитрость. Общее соединение диодов СВ и ВЕ в Базе сделано очень тонким, поэтому поток электронов и дырок в части ВЕ заменяет те, которые оттянуло обратное коллекторное напряжение, и теперь через этот СВ диод в в обратном направлении, а затем через смещенный в прямом направлении переход BE к эмиттеру и наружу во внешнюю цепь.

Я думаю, очевидно, что вы не можете сделать транзистор, припаяв два диода спина к спине, действие требует тесного разделения тонкого слоя внутри кремния.

Ток коллектора зависит от протекания тока базы, а транзистор сконструирован так, что небольшой ток в диоде BE открывает путь для гораздо большего тока в переходе CB. Таким образом, мы имеем текущее усиление. Используя падение напряжения на внешних резисторах, это можно преобразовать в усиление напряжения.

Эти транзисторы называются «биполярными», потому что они фактически имеют два перехода.

Я тщательно избегал упоминать тип материала в диодах CB и BE, идеи одинаковы для обоих, и мы можем использовать NPN или PNP в качестве возможных слоев. Стрелка на эмиттере в символе, который показывает направление обычного тока коллектора (противоположный потоку электронов), указывает в направлении отрицательной стороны приложенного напряжения CE, поэтому ток «вне P». или в N на эмиттере».

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ или полевые транзисторы

Существует множество различных конструкций полевых транзисторов, и это очень упрощенный взгляд на их основной принцип.

Это «униполярные» транзисторы, хотя этот термин используется нечасто, поскольку их работа зависит только от электронов и электрических полей, а не от дырок.

Здесь мы имеем единый блок легированного кремния, «канал», с выступами противоположного типа по бокам или в виде кольца. Итак, у нас есть только один диодный переход, который называется Gate G, между глыбами или кольцом и каналом. Канал действует как резистор, с током, протекающим от одного конца, истока S, к другому стоку D. Соединение между затвором и каналом смещено в обратном направлении, поэтому ток не течет, но создается электрическое поле, которое притягивает заряды, электроны или дырки, к сторонам канала, оставляя меньше доступного для SD тока. Таким образом, мы имеем ток SD, управляемый напряжением на затворе.

Обратите внимание, что это устройство, управляемое напряжением, ток практически не течет в ворота и не выходит из них. Подумайте о законе Ома: сопротивление = вольт/ампер, и мы увидим, что очень низкий ток означает очень высокое сопротивление, поэтому говорят, что полевой транзистор имеет очень высокий входной импеданс — его главное преимущество перед биполярным, где Напротив, для прохождения тока через базу требуется небольшое напряжение, что обеспечивает низкий входной импеданс

Транзистор с биполярным переходом (BJT) | Semiconductor Theory

Транзистор с биполярным переходом (BJT) | Теория полупроводников 9Транзисторы 0062 NPN (и PNP).

NPN-транзистор можно грубо описать как состоящий из слоя полупроводника P-типа, «зажатого» между двумя кусками Полупроводник N-типа. (Транзистор PNP имеет противоположное расположение). В этом разделе мы опишем принципы работы транзистора NPN. (PNP имеет тот же принцип работы, за исключением того, что роли носителей заряда меняются местами, а приложенные напряжения имеют противоположные значения. полярность).

Термин «биполярный» относится к тому факту, что в этом типе транзистора в протекании тока участвуют два типа основных носителей заряда (т. е. электроны и дырки).

На рисунке ниже показана схема транзистора NPN вместе с символом схемы. Три различные области транзистора называются эмиттер, база и коллектор. Очень важно отметить, что диаграмма не отражает фактических сравнительных размеров каждого региона/слоя. внутри транзистора. На самом деле разница в размерах, а также разница в уровнях легирования между каждой областью имеют решающее значение для функция устройства.

Прямое смещение перехода база-эмиттер.

Если приложить внешнее напряжение для прямого смещения перехода база-эмиттер, то, как и ожидалось, через него потечет ток. Однако излучатель гораздо более сильно легирована, чем базовая область. Следовательно, ток, который течет в базе (Ib) (и через переход база-эмиттер) ограничивается нижним легированием базовой области.

Базовый коллекторный переход с обратным смещением.

Можно видеть, что приложенная полярность вызывает обратное смещение перехода база-коллектор. Базовый ток все еще течет из-за прямого смещения базы. эмиттерный переход. Он состоит из дырок, протекающих в базе, и электронов, протекающих в эмиттере, которые рекомбинируют на стыке. Однако большой количество электронов от эмиттера, проносится через базу положительным напряжением коллектора, прежде чем они получат возможность столкнуться а затем рекомбинировать с отверстиями. Это связано с очень низкой плотностью отверстий в базовой области и тем фактом, что она очень тонкая. Конечным результатом является то, что большое количество электронов, инжектированных в эмиттер, «проносится» по базе положительным напряжением коллектор, прежде чем они смогут столкнуться и рекомбинировать с отверстием. Это приводит к протеканию большого тока между коллектором и эмиттером.

Работа транзистора.

Выше мы описали функцию транзистора с точки зрения факторов, влияющих на поведение подвижных носителей заряда в базе, эмиттере и коллекторские районы. Теперь мы рассмотрим обзор работы транзистора с точки зрения обычного протекания тока.

Напряжение базы-эмиттера Vbe вызывает протекание тока (Ib) в базу транзистора. Этот ток обеспечивает напряжение между коллектором и эмиттер (Vce), чтобы произвести ток (Ic), который течет в коллектор. Из-за различных уровней легирования (как описано выше) и большего потенциала тока коллектора Ic намного больше, чем ток базы Ib.
В соответствии с законом тока Кирхгофа ток, вытекающий из эмиттера (Ie), будет суммой токов базы и коллектора (т.е. Ie = Ib + Ic).
Конечным результатом является то, что в правильно смещенном транзисторе небольшой ток базы Ib вызывает протекание гораздо большего тока коллектора Ic.
(Мы можем думать, что Ib эффективно контролирует сопротивление, «испытываемое» Vce.)

При сохранении Vce постоянным, если Ib увеличивается, Ic увеличивается (до максимального значения, достигаемого, когда транзистор «полностью проводит» (т. е. когда он оказывает незначительное сопротивление Vce)). Если Ib уменьшается, то Ic уменьшается (пока Ib в конце концов не уменьшает Ic до нуля).

Это приводит к двум приложениям для транзистора.

1. Транзистор как коммутационное устройство .
   Базовый ток можно переключать от нуля до значения, при котором транзистор полностью проводит ток. Это вызовет сопротивление «Видеть» Vce, чтобы перейти от фактически разомкнутой цепи к замкнутой цепи. т. е. транзистор будет действовать как переключатель (управляемый Ib и контроль Ic).
2. Транзистор как усилитель сигнала .
   Если базовый ток установлен в середине рабочего диапазона, изменение базового тока приведет к пропорциональному изменению ток коллектора при условии, что ток базы не приближается к верхнему и нижнему пределам рабочего диапазона.