Транзистор - движение электронов, ток утечки.

[GAttuso]

Я хоть и учусь на электроника и с транзисторами вроде как на ты , но, все равно, время от времени возникают различные вопросы, на которые не могу сам себе ответить.
Рассмотрим типичную вводную схему из замечательнейшей книги Джонса:



Рассмотрим случай, ключ $S$ разомкнут. Ток не течет, переход коллектор-база смещен в обратном направлении. В этом случае - ток утечки, обусловленный неосновными носителями, которые возникают в результате тепловых колебаний $I_{CBO}$ примерно равен $0.01{ } nA$ (ток база-коллектор). Условно примем, что коэффициент усиления транзистора $h_{FE}=100$, тогда ток $I_{CEO}=h_{FE}I_{CBO}=1 \mu A$ (ток коллектор-эмиттер).

Как это физически можно объяснить? Возьмем, к примеру коллектор, вот в результате тепловых колебаний там появилась лишняя дырка - как неосновной носитель она переходит в базу (рекомбенирует). Почему, как ответная реакция на это - из эмиттера вдруг должно повалить 100 электронов к коллектору? Неужели одна дырка может дать такой эффект?
Мы ведь вообще говорим о коэффициенте усиления, и вообще о транзисторе, как об усиливающем устройстве только тогда, когда переход (в данном случае база-эмиттер) смещен на достаточное напряжение - для кремниевого транзистора это 0.6...0.7 В. Т.е. только при этом напряжении создается достаточное электрическое поле, реализующее необходимые условия для того, чтобы электроны из эмиттера могли спокойно добираться до коллектора. А в случае тока утечки как это происходит? Откуда берется это усиление в сто и больше раз?

Знаю, конечно, что физическое объяснение тока в полупроводниках (да и металлах тоже) - очень сложный процесс, и без квантовой физики тут некуда. Но может кто-то подскажет любое доступное объяснение?

[Alex-Yu]

GAttuso в сообщении #658578 писал(а):

Мы ведь вообще говорим о коэффициенте усиления, и вообще о транзисторе, как об усиливающем устройстве только тогда, когда переход (в данном случае база-эмиттер) смещен на достаточное напряжение - для кремниевого транзистора это 0.6...0.7 В.

Ну так если база, как говорят, "висячая", то порожденные тепловыми колебаниями "лишние", неосновные дырки из коллектора полетят в базу и будут заряжать ее положительно. Пока база не зарядится настолько, что из эмитера полетят электроны. Некоторая (малая) часть этих электронов будет компенсировать поток неосновных дырок, летящих из коллектора (будет происходит рекомбинация), а бОльшая, "подхваченная" полем коллекторной батареи, полетит в коллектор.

-- Сб дек 15, 2012 15:39:48 --

GAttuso в сообщении #658578 писал(а):

? Возьмем, к примеру коллектор, вот в результате тепловых колебаний там появилась лишняя дырка - как неосновной носитель она переходит в базу (рекомбенирует). Почему, как ответная реакция на это - из эмиттера вдруг должно повалить 100 электронов к коллектору?

Когда эта лишняя дырка подлетает к эмитерному переходу она своим полем (у нее же есть свое поле) вытягивает электроны из эмитера. И сотню может вытянуть пока не прорекомбинирует, т.к. большая вероятность того, что вытянутый электрон будет "подхвачен" полем коллекторной батареи и улетит в коллектор, вместо того, чтобы с этой дыркой прорекомбинировать.

В базе лишней дырке рекомбинировать не с чем (ну кроме малого количества неосновных электронов в базе, чем можно принебречь), она может прорекомбинировать только в результате инжекции электронов из эмитера в базу. А вероятность того, что такой электрон именно с дыркой и прорекомбинирует, мала. Собственно эта вероятность и есть $1-\alpha$. $\alpha$ -- коэффициент передачи тока эмитера, близкий к единице и обычным образом связанный с коэффициентом передачи тока базы.

А вообще режим с "висячей" базой -- это абсолютно патологический режим. Но если в таком режиме померить напряжение на базе (но только вольтметром с очень, очень большим внутренним сопротивлением!) то около 0.6В вы и увидите. Ну на самом деле поменьше, чтобы сделать ток коллектора в один микроампер напряжение на базе всеже поменьше нужно.

[GAttuso]

Alex-Yu
Спасибо, теперь, вроде, понятно.

Alex-Yu в сообщении #658647 писал(а):

Когда эта лишняя дырка подлетает к эмитерному переходу она своим полем (у нее же есть свое поле) вытягивает электроны из эмитера. И сотню может вытянуть пока не прорекомбинирует, т.к. большая вероятность того, что вытянутый электрон будет "подхвачен" полем коллекторной батареи и улетит в коллектор, вместо того, чтобы с этой дыркой прорекомбинировать.

Если я вас правильно понял, то, конечно-же, условно эта "1 дырка" не даст нужного эффекта. Нужно, чтобы в результате тепловых колебаний из коллектора высвободилось столько дырок, чтобы на базе были примерно 0.6 В. Иначе бы и при включенном ключе, при любом положительном напряжении транзистор бы работал как усилитель.
Вот про эти 0.6 В в режиме "висячей базы" вы мне совершенно открыли глаза.