Bipolyar va maydonli tranzistorlar

l_э = l_эп + l_эр
Бу ташкил этувчилар орасидаги соний муносабат инжекция (ёки эмиттер самарадорлиги) коэффициенти билан характерланади.
Тескари кучланиш И_кб бўлганда бу муносабат қуйидагига тенг:

Инжекция коэффициенти тўлиқ эмиттер токидан қанча қисмини эмиттердан базага ўтувчи заряд ташувчилар инжекциясидан ҳосил бўлган ток ташкил этишини кўрсатади.
Электрон ва ковак токлари ( l_эп ва l_эр ) мос соҳалардаги заряд ташувчилар концентрацияларига мутаносиб дейиш мумкин. Эмиттердаги асосий заряд ташувчи (ковак)лар концентрацияси базадаги электронлар концентрациясидан катта, шунинг учун l_эр >>l_эп. тахминан l_эр l_эп дейиш мумкин.
У ҳолда бўлади.
Шундай қилиб, транзистордаги биринчи асосий физик жараён-бу фаол режим чоғида эмиттер-база ўтиш орқали эмиттердан базага унинг учун асосий бўлмаган заряд ташувчи (ковак)лар инжекцияси ва камроқ даражада базадан эмиттерга унинг учун асосий бўлмаган заряд ташувчи (электрон) лар инжекцияси юзага келади.
Эмиттердан базага инжекцияланган коваклар диффузия туфайли база соҳаси орқали силжиб электронлар билан рекомбинациялашади. База кенглиги коваклар диффузия югуриш узунлигидан анча кичик, асосий бўлмаган заряд ташувчи (электрон) лар концентрацияси базада унча кўп эмас, шунинг учун ковакларнинг ҳаммасиям базадаги электронлар билан рекомбанацияланмайди ва кўпгина коваклар база-коллектор ўтиш соҳасига етиб боради.
Кўчиш коэффициенти, ёки рекомбинация коэффициенти И_кб бўлганда эмиттердан базага инжекция қилинган заряд ташувчиларнинг қанча қисми коллекторга етиб боришини кўрсатади:

бунда l_кр- коллектор- база ўтишнинг ковак токи.
Шундай қилиб, транзистордаги иккинчи асосий физик жараён-бу инжекцияланган асосий бўлмаган заряд ташувчиларнинг базада эмиттердан коллекторга диффузия силжиши ва база ҳажмида уларнинг бир қисми рекомбанациялашади.
Базада рекомбинациялашишга улгурмаган коваклар коллектор-база ўтишга яқинлашади, бу ўтиш тескари йўналишда уланган ва унинг майдони базадаги коваклар ва коллектордаги электронлар, яъни асосий бўлмаган заряд ташувчилар учун тезланишли ҳисобланади. Шунинг учун база коваклари коллектор-база ўтиш майдони томонидан эгалланади ва коллектор соҳасига кўчирилади (экстракцияланади). Худди шундай электронлар коллектордан базага экстракцияланади.
Коллектор занжиридан қуйидаги ток ўтади.
l_к = l_кр + l_кп ,
бунда l_кп коллектор соҳасидан силжувчи электронлар ҳосил қилган электрон токи;
l_кр базадан коллекторга коваклар экстрацияси натижасида ҳосил бўлган ковак токи.
Коллектор токининг кўпайиш коэффициенти (ёки коллектор самарадорлиги) кучланиш И_кб=const бўлган коллекторнинг тўла токи унинг ковак ташкил этувчилари токидан қанча катта эканлигини кўрсатади:

Бу коэффициент коллектор-база ҳарорати ва электр мустахкамлигига боғлиқ. Одатда E>1 бўлиб, кўчкили тешилиш чоғида ундан кескин ортиши кузатилади. Шундай қилиб, транзистордаги учинчи жараён-асосий бўлмаган заряд ташувчи (ковак) ларни базадан коллекторга ва камроқ даражада электронларни коллектордан базага экстракциялашдан иборат.
Коллекторли ўтиш тескари йўналишда силжишга эга бўлгани сабабли унинг қаршилиги тўғри йўналишда уланган эмиттерли ўтиш қаршилигидан бир неча даражага юқори бўлади. Коллектор занжирига етарлича катта юклама улаш мумкин. Эмиттер-база ўтиш орқали инжекцияни ўзгартириб коллектор токини бошқариш мумкин. Эмиттердаги кучланишнинг кичик қийматга ўзгартирилиши юклама қаршилигидаги кучланишнинг катта ўзгаришини келтириб чиқаради. Натижада кучланиш ва қувватни кучайтириш амалга оширилади. Эмиттер-база кириш занжирига унча катта бўлмаган қувват берган ҳолда коллектор чиқиш занжирида озуқа манбаи ҳисобига жуда катта бўлган қувватдаги сигнал олинади. Уз-ўзидан маълумки кучланиш ва қувват бўйича кучайтириш эмиттер токининг коллекторга етиб борувчи қисми қанча кўп бўлса, шунча катта бўлади.
3. Транзисторнинг ички параметрлари коэффициентлар билан ифодаланади. Амалда, одатда, эмиттер ва коллекторлар ташқи қисқич (чиқиш)ларидаги ток узатиш коэффициенти тушунчаси киритилган:

Юқорида келтирилган учта коэффициет кўпайтмаси сўнгги формулани беради, яъни:
х х .
Нормал режимда қиймати қотишмали транзистор учун 0,9 0,99. Кўчкили ва нуқтали триодлар учун >1 бўлади.
Транзисторнинг n–p–n типида ҳам физик жараёнлар шу кўринишида кечади. Аммо n–p–n транзистор фаол режимда ишлаш чоғида унинг электродларидаги кучланишлар қутблари p–n–p транзисторга нисбатан қарама-қарши бўлиши лозим. Бундай ҳолда инжекция, кўчиш ва коллектор самарадорлиги коэффициентлари учун ифодаларда токнинг ковак ташкил этувчилар ўрнига электрон ташкил этувчиларни олиш керак ва аксинча.
4. p–n–p транзисторда токлар тақсимланишини унинг фаол иш режими чоғида кўриб ўтайлик. Унда транзистор токлари Кирхгофнинг биринчи қонунига кўра қуйидаги муносабатда боғланган (3.5 – расмга қаранг):
I = I + I
Юқорида дикр этилгандек эмиттер занжиридаги ток эмиттердан базага инжекцияланувчи коваклар ва базадан эмиттерга инжекцияланувчи электронлар ёрдамида вужудга келади, яъни:
I = I + I
Инжекция коэффициенти α дан фойдаланиб қуйидагиларга эга бўламиз:
I = α I ;
I = (1-α) I .
Агар α = 1 бўлса, у ҳолда I I бўлади.
Коллектор токи коллектордан базага экстракция қилинувчи электронлар ва базадан коллекторга ўтувчи коваклар билан аниқланади:
I = I + I
Инжекция коэффициенти ва кўчиш коэффициенти δ ни ҳисобга олган ҳолда қуйидагиларни ёзиш мумкин:
I = δI ,
I = I .
База токи эмиттер ва коллектор токлари айирмаси сифатида аниқланади:
Iδ= I - I =(1- ) I + (1- δ) I - I
Транзисторнинг база токи қиймати бўйича эмиттер ва коллектор токларидан анча кичик. У учта ташкил этувчилардан иборат:
биринчи ташкил этувчи
I = (1- ) I .
очиқ бўлган эмиттер база ўтиш орқали базадан эмиттерга инжекцияланувчи электронлар юзага келтирган;
иккинчи ташкил этувчи
I - I =(1- δ) I .
базада коваклар ва электронлар рекомбинацияланиши натижасида юзага келади. Бу таъминлаш манбасидан электронлар камайишини компенсациялаш учун электронлар янги оқимини чақиради ва базанинг электр нейтрал бўлишини тиклайди;
учинчи ташкил этувчи I - коллектор ўтишнинг тескари токи, берк ўтиш орқали коллектордан базага коллекторнинг асосий бўлмаган заряд ташувчиси–электронларнинг экстракцияланиши туфайли юзага келади.
Ток I юқоридаги икки ташкил этувчига қарама – қарши йўналган ва эмиттер токи I га боғлиқ эмас.
Агар I = 0; = 1; α = δ деб қабул қилинса, у ҳолда I =α I
База токи соддалаштирилган ҳолда қуйидагича аниқланади:
Iδ= I - I =(1- α ) I .
Коллектор ва база токлари нисбатини амалда база токини кучайтириш коэффициенти билан характерланади, яъни:
β
β катталик қиймати 9 дан 100 гачани ташкил этади.
Шундай қилиб, транзисторлардаги асосий физик жараёнлар ва токлар тақсимланишини кўриб чиқдик.
Транзисторнинг иш режимига сезиларли таъсир кўрсатувчи яна икки жараён–база модуляцияси ва базада заряд ташувчиларнинг тақсимланиши–тескари боғланиш сабабларини ва базанинг нейтрал бўлиш шартларини аниқлаб беради.

.13 Биполяр транзисторларнинг характеристикалари

Юқорида 3.3-расмда кўрсатилган схемалар p–n–p типдаги транзисторнинг асосий иш характеристикаларини олиш учун қўлланилади. 3.6-расмда уму­мий база (УБ) билан уланган биполяр транзисторнинг электр энергияси манбаи билан уланиш схемаси кўрсатилган.

3.6 – расм
Транзисторда эмиттер занжирининг токи ёрдамида коллектор занжиридаги ток бошқарилади. Ҳар иккала занжир тегишли электр энергияси манбаига эга бўлиши керак (3.6–расмга қаранг)-эмиттер заижирида манба кичик эюк Е билан ва коллектор занжирида манба анчагина катта эюк Е билан таъминланади.
Эмиттер занжирида ток ҳосил қилиш учун кичик эюк Е етарли, чунки эмиттерли ўтиш ўтказиш йўналишида уланган ва унинг тўғри қаршилиги нисбатан кичик. Лекин эмиттер занжирида токнинг пайдо бўлиши коллекторли ўтишнинг қаршилигини ўзгартиради, натижада коллектор занжирида ток I вужудга келади ва у тахминан эмиттер токи I га тенг бўлади. Эмиттер токининг ўзгариши I пропорционал равишда коллектор токининг I ҳам ўзгаришига олиб келади. Шундай қилиб, кичик қувватли ва нисбатан кам қаршиликли эмиттер занжирининг токи ҳаддан ташқари қувватли ва нисбатан катта қаршиликка эга бўлган коллектор токини бошқаради. Коллектор занжиридаги катта қувват эюк Е нинг эюк Е дан жуда катта эканлиги билан боглиқ (масалан, 10 ва 0,5 В). Бу нисбатлар натижасида эмиттер I ва коллектор I токларининг тахминан бир хил ўзгаришида коллектор занжиридаги қувват ўзгариши Р эмиттер занжиридаги қувват ўзгариши Р дан анча катта ва ана шу билан биполяр транзисторнинг қувватини кучайтириш белгиланади. Бунда таъминлаш манбаи бўлиб коллектор занжиридаги батарея хизмат қилади.
Эмиттер токининг коллектор токига таъсирини қуйидагича тушунтириш мумкин. Эмиттер токи базага коваклар олиб келади, улар база учун асосий заряд ташувчилар эмас. Ковакларни кичик қисми базада унинг электронларини рекомбинациялайди, лекин катта қисми тартибсиз иссиқлик ҳаракати туфайли ҳосил бўладиган диффузия натижасида коллекторнинг р-n-ўтишига киради. Заряд ташувчилар – ковакларнинг коллекторнинг р-n-ўтиш соҳасига кириши бу ўтишнинг қаршилигини анча камайтиради, бу эса коллектор токининг бу ўтишга етиб келган коваклар сонига пропорционал равишда ошишига олиб келади.
U = соnst бўлганда ток узатиш коэффициенти α = т биполяр транзисторнинг асосий параметрларидан бири бўлади, одатда α < 1. Агар база соҳасида тешиклар рекомбинациясини ҳисобга олинмаса, яъни эмиттер ўтишидан ўтган ҳамма коваклар коллекторга етиб боради деб ҳисобланса ва ҳамма эмиттер токи фақат шу коваклар ҳаракатидан вужудга келган деб фараз қилинса, бундай идеал олда I +I бўлади.
Хақиқатда, коваклар база қатлами орқали ҳаракатланиб ўтаётганда улар эркин электронлар – базанинг асосий заряд ташувчилари билан рекомбинацияланиши мумкин. Ковакларнинг катта қисми коллекторга етиб бориши учун базанинг қалинлиги кичик бўлиши керак. Замонавий транзисторларда база қатламининг қалинлиги 0,025 - 0,005 мм, ток узатиш коэффициенти эса α = 0,95÷99. Демак, агар эмиттер токини кириш, коллектор токини эса транзисторнинг чиқиш токи деб ҳисобланса, у ҳолда 3.6–расмдаги схема бўйича уланган биполяр транзистор ток бўйича кучайтирилмаган, балки қувват ва кучланиш бўйича кучайтирилгандир. Транзисторни бундай улаш умумий базали схема деб аталади.
3.7, а ва б - расмда уму­мий база (УБ) билан уланган биполяр транзис-торнинг кириш [I_э(U_э), бунда U_кconst] ва чиқиш [I_к(U_к), бунда U_эconst] характеристикалари кўрсатилган.

а) б)
3.7 – расм
Кириш характеристикасидан кўринадики, кучланиш U_э ўзгармаганида ҳам коллекторнинг манфий кучланишга уланиши (U_к<0) эмиттер токининг маълум даражада ортишга олиб ке­лади. Бу эса электр майдоннинг коллектор – база ўтишдаги эмиттер инжекциялаётган ковакларга кўрсатаётган қўшимча таъсирини билдиради.