Внутренние токи транзистора в режиме насыщения

[Atom001]

Здравствуйте.
Почти во всех учебниках описываются токи p-n-p структуры транзистора, находящегося в активном режиме: эмиттерный переход (ЭП) смещён в прямом направлении, а коллекторный (КП) - в обратном. Однако, лишь небольшое число учебников уделяет внимание распределению токов электронов и дырок в режиме насыщения: ЭП и КП смещены в прямом направлении. Прочитав несколько объяснений, так ничего и не понял. Может быть вы поможете разобраться?
На данный момент рассуждаю так (для p-n-p структуры, см. картинку). При смещении ЭП в прямом направлении появляются два направленных друг к другу диффузионных потока основных носителей (дырки из эмиттера в базу - $I'_\text{эp}$ и электроны из базы в эмиттер - $I_\text{эn}$). Часть дырок из эмиттера рекомбинируют в базе, создавая ток $I'_\text{бp}$, а часть достигает коллектора (ток $I'_\text{кp}$). Собственно, так утверждается в учебниках. У меня возникает вопрос: во-первых, в КП внешним источником создано поле, препятствующее экстракции дырок в коллектор, а во-вторых, концентрация дырок в коллекторе выше, чем концентрация дырок, эмитированных в базу из эмиттера $\Rightarrow$ эмиттерные дырки не могу попасть в коллектор.
Далее говорят, что параллельно происходят аналогичные процессы, в которых эмиттер и коллектор меняются ролями. Но ток коллектора должен течь вправо по картинке, тогда должно выполняться:
$I'_\text{кp}>I''_\text{кp}+I_\text{эn}$, что совершенно странно, потому как нет причин для превышения $I'_\text{кp}$ над $I''_\text{кp}$.

[Munin]

Atom001 в сообщении #1439800 писал(а):

Почти во всех учебниках описываются токи p-n-p структуры транзистора, находящегося в активном режиме: эмиттерный переход (ЭП) смещён в прямом направлении, а коллекторный (КП) - в обратном. Однако, лишь небольшое число учебников уделяет внимание распределению токов электронов и дырок в режиме насыщения: ЭП и КП смещены в прямом направлении.

Потому что в других режимах, кроме активного, биполярный транзистор не отличается от двух диодов.

Кстати, желательно уточнять, что вы про биполярный транзистор. Сегодня едва ли не более распространены полевые.

[Atom001]

Munin в сообщении #1439808 писал(а):

Сегодня едва ли не более распространены полевые.

Согласен. Уточнение вида транзистора было бы кстати.

Munin в сообщении #1439808 писал(а):

Потому что в других режимах, кроме активного, биполярный транзистор не отличается от двух диодов.

Сначала кажется, что это разумно. Но затем понимаешь, что ток через диод течёт от анода к катоду, а в транзисторе (режим насыщения) эти диоды включены встречно. Да, можно воспользоваться такой логикой: оба "диода" открыты $\Rightarrow$ их сопротивления примерно равны нулю $\Rightarrow$ будучи включёнными последовательно они почти не оказывают препятствие току эмиттер-коллектор. Но ведь для этого надо принять, чтобы у одного из "диодов" прямой ток шёл по путь катод-анод... меня именно это и смущает.

[Munin]

Atom001 в сообщении #1439812 писал(а):

будучи включёнными последовательно

Они включены встречно.

Кроме того:

Atom001 в сообщении #1439812 писал(а):

их сопротивления примерно равны нулю

если вы рассуждаете в терминах носителей, концентрации, диффузии и дрейфа, рекомбинации, это слишком переупрощённое описание. Вы должны знать работу диода глубже.

-- 14.02.2020 17:46:54 --

И для твердотельных диодов говорят не про катод и анод, а про $p$ и $n$-область.

[Atom001]

Munin в сообщении #1439814 писал(а):

если вы рассуждаете в терминах носителей, концентрации, диффузии и дрейфа, рекомбинации, это слишком переупрощённое описание. Вы должны знать работу диода глубже.

Вот я и пытаюсь разобраться в работе насыщенного транзистора в терминах всех этого великолепия. Пусть рассматривается структура p-n-p. Сместив оба перехода в прямом направлении, получим с двух сторон от базы два одинаковых диффузионных потока основных носителей заряда: дырки из p-областей (эмиттер и коллектор) будут двигаться в n-область (база), а поток электронов из базы будет заметно меньшим, так как концентрация примеси в базе искусственно меньше таковой у эмиттера и коллектора.

[amon]

Atom001 в сообщении #1439815 писал(а):

Сместив оба перехода в прямом направлении

Мы получим неработающий транзистор. Один из переходов на работающем транзисторе всегда смещен в обратном направлении. Почитать можно главу VIII параграф 4 учебника Бонч-Бруевич, Калашников, Физика полупроводников. Конкретно этот параграф почти без формул. Прочитаете - поговорим.

[svv]

(Оффтоп)

amon в сообщении #1439819 писал(а):

Конкретно этот параграф почти без формул.

О, вот это по-нашему! Зачем они вообще нужны, формулы-то... Только голова от них пухнет.

[amon]

(Оффтоп)

svv в сообщении #1439824 писал(а):

Зачем они вообще нужны, формулы-то... Только голова от них пухнет.

А там и другие параграфы есть, которые с формулами. Кроме того, за пазухой есть еще "Теория полупроводниковых приборов" Г.Е. Пикуса, которая на добой кого хочешь сгодится ;)

[Munin]

amon в сообщении #1439819 писал(а):

Мы получим неработающий транзистор. Один из переходов на работающем транзисторе всегда смещен в обратном направлении.

Ну, это называется активный режим. А вогнать-то его можно во все режимы, и проанализировать, что должно происходить. Более того, необходимо, при проектировании приборной структуры (а вдруг схема с этим прибором будет "залипать" в паразитном состоянии?).

Atom001 в сообщении #1439815 писал(а):

Пусть рассматривается структура p-n-p. Сместив оба перехода в прямом направлении, получим с двух сторон от базы два одинаковых диффузионных потока основных носителей заряда: дырки из p-областей (эмиттер и коллектор) будут двигаться в n-область (база), а поток электронов из базы будет заметно меньшим, так как концентрация примеси в базе искусственно меньше таковой у эмиттера и коллектора.

Ну и в чём проблема?

-- 14.02.2020 21:18:37 --

amon в сообщении #1439827 писал(а):

Кроме того, за пазухой есть еще "Теория полупроводниковых приборов" Г.Е. Пикуса, которая на добой кого хочешь сгодится ;)

Я нашёл только Основы теории полупроводниковых приборов. 1965 год. Рановато. Предлагаю
Зи. Физика полупроводниковых приборов. Издание 1984 года, в двух книгах.

[Atom001]

amon в сообщении #1439819 писал(а):

Почитать можно главу VIII параграф 4 учебника Бонч-Бруевич, Калашников, Физика полупроводников

Ну там только активный режим описан, когда транзистор работает, как усилитель. С этим режимом мне всё более-менее ясно. А вот с активным бы ещё разобраться...

Я понимаю работу транзистора во всех режимах и схемах включения с технической точки зрения, когда транзистор рассматривается, как трёхполюсник, а не как полупроводниковая структура. А хочется, не ища какой-то практической выгоды, чисто для себя разобраться с внутренними процессами ВСЕХ режимов работы.

Munin в сообщении #1439828 писал(а):

Более того, необходимо, при проектировании приборной структуры (а вдруг схема с этим прибором будет "залипать" в паразитном состоянии?).

И не только. Режимы насыщения и отсечки - рабочие режимы транзисторного ключа.

-- 15.02.2020, 11:38 --

Munin в сообщении #1439828 писал(а):

Ну и в чём проблема?

Блин. Я рассматривал схему с ОЭ, а p-n-p структуру "включал" по схеме с ОБ. Теперь вроде всё понятно стало. Спасибо.

[Munin]

Atom001 в сообщении #1439862 писал(а):

рабочие режимы транзисторного ключа.

Что вы такое говорите? Где вы набрались таких слов и понятий? Что такое "транзисторный ключ"? Вы хоть понимаете, что под этими словами может пониматься десятки разных схем?

Atom001 в сообщении #1439862 писал(а):

Я рассматривал схему с ОЭ, а p-n-p структуру "включал" по схеме с ОБ.

Поменьше щеголяйте сокращениями. "Общий эмиттер" и "общая база" - написать легко, и всем понятно. А "ОБ" - это "одна баба (сказала)".

Atom001 в сообщении #1439862 писал(а):

Я понимаю работу транзистора во всех режимах и схемах включения с технической точки зрения, когда транзистор рассматривается, как трёхполюсник, а не как полупроводниковая структура.

Это какое-то противоречие. Только понимая его как полупроводниковую структуру, можно его понять как трёхполюсник.

Atom001 в сообщении #1439862 писал(а):

А хочется, не ища какой-то практической выгоды, чисто для себя разобраться с внутренними процессами ВСЕХ режимов работы.

Ну вот я и сказал:

Munin в сообщении #1439808 писал(а):

в других режимах, кроме активного, биполярный транзистор не отличается от двух диодов.

Если вы знакомы с полупроводниковым диодом, то вот для вас уже всё и ясно.

[EUgeneUS]

Munin в сообщении #1439808 писал(а):

Кстати, желательно уточнять, что вы про биполярный транзистор. Сегодня едва ли не более распространены полевые.

букв p-n-p (или n-p-n) достаточно.

Munin в сообщении #1439868 писал(а):

Поменьше щеголяйте сокращениями. "Общий эмиттер" и "общая база" - написать легко, и всем понятно. А "ОБ" - это "одна баба (сказала)".

Это общепринятые сокращения для описания типовых схем включения биполярных транзисторов.

-- 15.02.2020, 12:27 --

Munin в сообщении #1439868 писал(а):

Что такое "транзисторный ключ"? Вы хоть понимаете, что под этими словами может пониматься десятки разных схем?

Приведите, пожалуйста, например три разные схемы с биполярными транзисторами.

Под "транзисторным ключом" обычно понимается вот это:



Почитать немного можно в Хоровице с Хиллом, Глава 2, параграф 2.02. Правда надмозг-переводчик почему-то перевел как "транзисторный переключатель".

-- 15.02.2020, 12:33 --

amon в сообщении #1439819 писал(а):

Один из переходов на работающем транзисторе всегда смещен в обратном направлении.

Насколько знаю, при включении транзистора, как ключ (см. схему выше), напряжение коллектор-эмиттер может быть меньше, чем база-эмиттер. И коллекторный переход, оказывается формально смещенным в прямом направлении.

[amon]

EUgeneUS в сообщении #1439880 писал(а):

Насколько знаю, при включении транзистора, как ключ (см. схему выше), напряжение коллектор-эмиттер может быть меньше, чем база-эмиттер. И коллекторный переход, оказывается формально смещенным в прямом направлении.

Ну, такой способ мне тоже нравится (С), но в этом случае непонятно, зачем нужен транзистор. Весь ток потечет через ключ (S на вашей схеме), и можно оставить только его, батарейку и лампочку. IMHO, идея ключа в том, что бы управлять большим током с помощью маленького.

[Munin]

EUgeneUS в сообщении #1439880 писал(а):

букв p-n-p (или n-p-n) достаточно.

В этом случае они оказались по соседству (да и картинка), так что я-то догадался. Но на будущее, лучше всё-таки произносить.

EUgeneUS в сообщении #1439880 писал(а):

Это общепринятые сокращения для описания типовых схем включения биполярных транзисторов.

Это общепринятые названия этих типовых схем. А сокращения - извините, "общепринятые" только локально.

EUgeneUS в сообщении #1439880 писал(а):

Под "транзисторным ключом" обычно понимается вот это

Што-о-о????? Каким боком это ключ?

Ключ - это вот это, по крайней мере в КМОП цифровых схемах:

https://en.wikipedia.org/wiki/File:CMOS_transmission_gate.PNG

Вот поэтому я и говорю, что нечего неопределёнными терминами размахивать, и ожидать, что тебя все поймут.

[Dmitriy40]

Munin в сообщении #1439868 писал(а):

Atom001 в сообщении #1439862 писал(а):

Я понимаю работу транзистора во всех режимах и схемах включения с технической точки зрения, когда транзистор рассматривается, как трёхполюсник, а не как полупроводниковая структура.

Это какое-то противоречие. Только понимая его как полупроводниковую структуру, можно его понять как трёхполюсник.

Вовсе нет, для инженерных целей (практического применения) вполне достаточно внешних характеристик транзистора, без понимания как там внутри всё устроено. Если не загонять транзистор в недокументированные режимы.

Для биполярных транзисторов (а pnp явно на это указывает) термины (и "ключ" тоже) вполне понятные, хватит уже придираться.

Atom001
Вам же, раз переходите от инженерных дисциплин в теорию, стоит таки пользоваться терминологией теорий, а не инженеров, тут Munin прав.

amon в сообщении #1439884 писал(а):

Ну, такой способ мне тоже нравится (С), но в этом случае непонятно, зачем нужен транзистор. Весь ток потечет через ключ (S на вашей схеме), и можно оставить только его, батарейку и лампочку. IMHO, идея ключа в том, что бы управлять большим током с помощью маленького.

Обычно ток базы ограничивают резистором в десятки раз менее максимального коллекторного (но менее чем в коэффициент усиления по току) и транзистор переходит из усилительного режима (когда ток коллектора задаётся током базы) в ключевой (ток коллектора зависит от коллекторной цепи, а не от тока базы). Это второе широко распространённое применение транзисторов, не усиливать сигнал, а открывать/закрывать кран включать/выключать нагрузку маломощным сигналом в базе. Вот к примеру на BC847 указано напряжение насыщения коллектор-эмиттер в 90мВ, а база-эмиттер в 700мВ, при одинаковых условиях измерения (0.5мА в базу и 10мА в коллекторе). Эти 0.5мА базы видимо перераспределятся между база-эмиттер и база-коллектор-эмиттер, но в 10мА ну никак не превратятся.