Warum ist das Stromverhältnis zwischen Kollektor und Basis in einem BJT-Transistor immer größer als 1?

Fragen beantworten:

@LvW Nur aus Neugier: Was ist, wenn VCE = VBE? Der CB-pn-Übergang wird dann nicht in Sperrrichtung vorgespannt, sodass er keine Elektronen im Basisbereich anzieht. Somit ist IC null und IE gleich IB?

Die CB-Diode ist jedoch nicht in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Dies ist eine Anwendung, bei der der BJT als Diode verwendet wird und keine "klassische" Verstärkung möglich ist (Übergangsbereich zwischen Sättigungs- und Verstärkungsbereich).

IC und IE werden von VBE gesteuert und nur gesteuert; IB ist nur ein Nebenprodukt; Sobald VCE größer als VBE ist, spielt sein spezifischer Wert keine Rolle, da der EB-Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist. Habe ich recht?

Es spielt keine große Rolle - andererseits: Schauen Sie sich die Ic=f(VCE)-Kurven an. Ic steigt mit VCE aufgrund des Early-Effekts langsam an.

Bei gegebenem VBE ist IE fest, und als Ergebnis ist die Summe von IB und IC fest. Wenn VCE < VBE ist, was IB und IC sind, hängt von VCE ab. Je größer VCE ist, desto größer ist IC/IB. Der Wert von IC/IB wird jedoch durch „Beta“ begrenzt, das erreicht wird, wenn VCE = VBE ist. " Ist das richtig?

In diesem Fall (VCE < VBE) ist die CB-Diode offen und es fließt ein kleiner Strom Ic, der eine Richtung hat, die der "normalen" Ic-Richtung entgegengesetzt ist. Beispiel: Für VCE=0 haben wir einen Strom Ic, der negativ ist (Die Ic=f(VCE)-Kurven kreuzen NICHT den Ursprung!).

Die Basis-Emitter-Diode führt Strom sowohl von Löchern als auch von Elektronen; Bei einem NPN ist der Emitterstrom (N-Typ, Elektronen) dominant, da der Emitter im Vergleich zur Basis stark dotiert ist. Es gibt viele Elektronen im Emitter, die sich als Reaktion auf die Basis-Emitter-Vorspannung bewegen, und weniger Löcher in der Basis (die sich in die entgegengesetzte Richtung bewegen). Der Basisstrom muss die abfließenden Löcher ausgleichen, damit der Transistor die Basis-Emitter-Vorspannung nicht verliert (es gibt keine Löcher im Kollektor oder Emitter). Daher muss am Basisdraht ein ungefähr proportionaler Basisstrom (Lochstrom) zum größeren Emitterstrom (Elektronenstrom) zugeführt werden. Ein zweiter Beitrag zum Basisstrom ist die Rekombination von Elektronen aus dem Emitter, die ebenfalls Löcher aus der Basis verarmt, aber ohne sie zu bewegen (ein Elektron „fällt“ in ein Loch). Dieser Beitrag ist auch proportional zum Emitterstrom und wird minimiert, indem der Basisbereich (P-Typ, Löcher) sehr dünn gehalten wird; Die meisten Elektronen vom Emitter wandern ohne Rekombination durch die Region und befinden sich dann im Kollektor, wo sie ... gesammelt werden. Beide verursachen einen Verlust der Basisladung, müssen durch Basisstrom "ersetzt" werden oder die Emittervorspannung (und der Strom) werden ausgeschaltet.

Zusammenfassend: Der Basisstrom ergibt sich aus dem Diodenstrom von Löchern zum Emitter sowie einigen vom Emitter stammenden Elektronen, die Rekombinationsereignisse in der Basis verursachen. Der Kollektorstrom hängt von der Basis-Emitter-SPANNUNG ab , da dies die dominante (Emitterelektronen) Stromquelle bestimmt. Der Basisstrom stellt einfach den Basis-Emitter-Spannungszustand wieder her, nachdem Ladungsträger hineinkommen, um zu bleiben, oder herauskommen und nie zurückkehren.

Ihr Q bezieht sich anscheinend auf einen NPN-Transistor ("Löcher in Emitter injiziert").

In einem Bipolartransistor (NPN oder PNP; in dieser Antwort auf NPN bezogen) fließt Strom, wenn der Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist. Diese besteht aus Löchern, die von der Basis zum Emitter injiziert werden, und Elektronen vom Emitter zur Basis. Transistoren sind so konstruiert (reichere Dotierung von Emitter als Basis), dass der größte Teil des Stroms eher von Elektronen als von Löchern getragen wird.

Jetzt finden die in den Emitter injizierten Löcher ein dichtes Feld von Elektronen (Emitter ist stark dotiert) und rekombinieren daher schnell. Dies erfordert die Bereitstellung von Ersatzelektronen durch den Emitteranschluss.

Elektronen, die vom Emitter in die Basis injiziert werden, finden nur sehr wenige Löcher herum - die Basis ist relativ leicht dotiert. Daher tritt eine relativ geringe Menge an Rekombination auf, obwohl dies Löcher und einen daraus resultierenden Basisstrom erfordert. Sobald diese Elektronen am Basisende der Verarmungszone ankommen, diffundieren sie davon weg. Da die Basis dünn ist, ist diese Diffusion „schnell“.

Alle Elektronen, die in der Nähe des Kollektor-Basis-Übergangs diffundieren, werden über diesen Übergang gefegt (wenn der Kollektor-Basis-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist), da das Feld so ist, dass es Elektronen von der Basis zum Kollektor „anzieht“. Diese Elektronen bilden Kollektorstrom.

Somit gibt es zwei signifikante Komponenten des Basisstroms – Löcher, die von B nach E injiziert werden, und Löcher, die mit einigen der Elektronen rekombinieren, die vom Emitter zur Basis injiziert werden (es gibt eine vernachlässigbare zusätzliche Komponente des Rückwärts-Kollektor-Basis-Leckstroms). Diese Werte sind zwar nicht gleich, aber im Allgemeinen ähnlich (der Rekombinationsstrom ist normalerweise niedriger als der Injektionsstrom).

Der Emitterstrom besteht aus rekombinierenden Löchern und injizierten Elektronen. Aufgrund der Struktur der Verbindungsstelle dominiert die Injektionskomponente.

Der Kollektorstrom ist hauptsächlich der injizierte Emitterelektronenstrom abzüglich eines kleinen Betrags, der aufgrund von Rekombination verloren geht.

Da also a) die Elektroneninjektion am BE-Übergang größer ist als die Löcherinjektion und b) die Elektronenrekombination in der Basis gering ist, ist der Kollektorstrom ein großer (sagen wir 99 %) Bruchteil des Emitterstroms - also des Basisstroms (das ist die Differenz) beträgt etwa 1 % des Emitterstroms.

Diese Parameter unterscheiden sich von Gerät zu Gerät, mit der Temperatur und mit einigen Mängeln und anderen Defekten in Geräten, aber die Grundprinzipien sind konsistent.