На процессы в транзисторе существенное влияние оказывает напряжение на коллекторе. Такое влияние обусловлено следующим. При изменении напряжения изменяется толщина области объемного заряда коллекторного перехода и соответственно толщина базы, а при достаточно больших коллекторных напряжениях начинает сказываться лавинное размножение.
С повышением напряжения на коллекторе толщина базы становится меньше, что приводит к увеличению градиента концентрации носителей заряда в базе, к уменьшению времени, в течение которого носители находятся в базе и, следовательно, к уменьшению роли рекомбинации в базе. Это ведет к росту коэффициентов передачи и
.
Смыкание переходов
При достаточно больших напряжениях на коллекторном переходе область объемного заряда коллекторного перехода может достигнуть эмиттерного перехода – произойдет так называемое смыкание переходов. При этом потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается, резко возрастает ток эмиттера, а значит, и ток коллектора. Таким образом, смыкание переходов является одной из причин, ограничивающих напряжение коллектора.
Лавинный пробой транзистора в схеме с ОБ
Второй причиной, ограничивающей напряжение коллектора, является лавинное размножение. При этом существенную роль играет режим цепи базы. Если ток в цепи базы не ограничен, что наблюдается, например, в схеме с общей базой, то пробой транзисторов не отличается от пробоя полупроводникового диода. В этом случае в коллекторном переходе произойдет лавинный пробой при пробивном напряжении .
Лавинный пробой коллекторного перехода представляет собой обратимый процесс, если ограничить возрастающий при пробое ток. С увеличением тока коллектора при лавинном размножении лавинный пробой может перейти в тепловой пробой с появлением отрицательного дифференциального сопротивления на выходе транзистора. Этот переход к тепловому пробою наиболее вероятен в транзисторах, изготовленных из германия (материала с малой шириной запрещенной зоны).
Пробой транзистора в схеме с ОЭ
Если ток базы зафиксирован (например, при разомкнутой цепи базы или при включении в нее достаточно большого сопротивления), то в транзисторе начинает проявляться обратная связь. Образующиеся при лавинном размножении пары носителей заряда разделяются электрическим полем коллекторного перехода: неосновные для базы носители уходят в коллектор, а основные – в базу. Таким образом, в базе создается избыточный заряд основных носителей и соответственно изменяется ее потенциал. Получающееся при этом напряжение открывает эмиттерный переход и увеличивает ток эмиттера.
Если вывод базы отключен от схемы, т.е. ток базы равен нулю, то основные носители заряда, накопившиеся в базе, могут исчезнуть только двумя путями: либо уйти в эмиттер, либо рекомбинировать с неосновными носителями, инжектированными эмиттером. Однако транзистор делают так, что вероятность этих событий довольно мала.. Из эмиттера в базу проходит гораздо больше носителей, чем из базы в эмиттер, и носители, инжектированные в базу, почти не рекомбинируя, доходят до коллектора. Следовательно, каждый основной носитель, оказавшийся в базе в результате ударной иониза
ции в коллекторном переходе, вызовет инжекцию из эмиттера в базу большого числа неосновных носителей, что и приведет к существенному росту тока коллектора.
Пробивное напряжение коллектор-эмиттер при = 0 может быть значительно меньше пробивного напряжения коллектор-база при
= 0.
Отсюда можно сделать следующие практические выводы:
1) необходимо иметь в виду возможность пробоя транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, при значительно меньших напряжениях, чем пробивное напряжение коллекторного перехода, если в цепь базы включено относительно большое сопротивление. Эти процессы будут обратимыми, если ток коллектора ограничен параметрами внешней схемы (например, сопротивлением нагрузки). В противном случае мощность, выделяющаяся в коллекторном перехо
де, может превысить допустимое значение, тогда произойдет необратимый тепловой пробой транзистора;
2) при включении транзистора в схему, находящуюся под напряжением (например, при измерении параметров транзисторов), вначале необходимо присоединить вывод базы, а затем выводы эмиттера и коллектора, чтобы не возникло условие нулевого тока базы
Вторичный пробой
Под вторичным пробоем понимают явления, связанные с разогревом коллекторного перехода и приводящие к резкому увеличению коллекторного тока при одновременном уменьшении коллекторного напряжения. При вторичном пробое транзистора, как и при тепловом пробое диода, происходит шнурование тока, проходящего через коллекторный переход. Шнурование тока связано с наличием различного рода дефектов на поверхности и в объеме транзисторной структуры, которые могут приводить к локальному увеличению плотности тока через коллекторный переход.
Локальное увеличение плотности тока приводит к локальному разогреву участка коллекторного перехода и может вызвать его расплавление. В этом случае расплав полупроводника коллекторной области проникает в базу и достигает эмиттерной области. Эмиттерная и коллекторная области соединяются перемычкой такого же типа проводимости. При исследовании такого транзистора выпрямляющие свойства переходов остаются, а эмиттер соединяется с коллектором накоротко.