Внешние напряжения в нормальном активном режиме подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода – в обратном направлении. Это достигается с помощью двух источников напряжения UЭБ и UКБ (рис. 4.3, б). Для p—n—p-транзистора напряжение UЭБ подключается положительным полюсом к эмиттеру относительно базы, напряжение UКБ – отрицательным полюсом к коллектору относительно базы (схема с общей базой).
В результате снижения потенциального барьера дырки из области эмиттера диффундируют через p—n-переход в область базы (инжекция дырок), а электроны – из области базы в область эмиттера. Так как удельное сопротивление базы высокое, дырочный поток носителей преобладает над электронным потоком. Поэтому инжекцией из базы в эмиттер в первом приближении можно пренебречь. Для количественной оценки составляющих полного тока p—n-перехода используют коэффициент инжекции:
,
где 
и 
– дырочная и электронная составляющие тока эмиттерного перехода; 
– полный ток эмиттерного перехода.
Дырки, инжектированные в базу, создают вблизи р-п-перехода электрический заряд, который в течение времени 
компенсируется электронами, приходящими из внешней цепи от источника 
. Аналогично заряд электронов в эмиттере компенсируется дополнительными дырками, но так как инжекция приближается к односторонней, то эти процессы можно не рассматривать. Приход электронов в базу из внешней цепи создает в последней электрический ток 
, который направлен из базы.
Вследствие разности концентраций (в диффузионных транзисторах) и разности концентраций и внутреннего электрического поля (в дрейфовых) инжектированные в базу носители заряда и носители заряда, компенсировавшие их заряд и тем самым обеспечившие электронейтральность базы, движутся в глубь ее по направлению к коллектору.
Если бы база была достаточно толстой (W > 3L, где L – диффузионная длина неосновных носителей в базе), то все инжектированные носители заряда рекомбинировали бы в ней и в области, прилегающей к коллекторному p—n-переходу, их концентрация стала бы равновесной. Тогда через коллекторный переход протекал бы обратный ток, равный току обратносмещенного p—n-перехода. Однако во всех реальных транзисторах ширина базы W во много раз меньше диффузионной длины, т. е. W << 0,2L. Поэтому время жизни неосновных носителей заряда в базе во много раз больше времени, необходимого для прохождения ими базы.
Большинство дырок, инжектированных в нее, не успевают рекомбинировать с электронами и, попав вблизи коллекторного p—n-перехода в ускоряющее поле, втягиваются в коллектор (экстракция дырок). Электроны, число которых равно числу дырок, ушедших через коллекторный переход, в свою очередь, уходят через базовый вывод, создавая ток 
, направленный в базу транзистора.
Таким образом, ток через базовый вывод транзистора определяют две встречно направленные составляющие тока. Если бы в базе процессы рекомбинации отсутствовали, то эти токи были бы равны между собой, а результирующий ток базы был бы равен нулю. Но так как процессы рекомбинации имеются в любом реальном транзисторе, то ток эмиттерного p—n-перехода несколько больше тока коллекторного p—n-перехода.
Относительное число неосновных носителей заряда, достигших коллекторного перехода транзистора, характеризуется коэффициентом переноса:
,
где 
– концентрация дырок, прошедших через коллекторный и эмиттерный переходы; 
, 
– токи коллекторного и эмиттерного переходов, созданные дырками.
Дырки в базе являются неосновными носителями заряда и свободно проходят через запертый коллекторный p—n-переход в область коллектора. За время, определяемое постоянной времени диэлектрической релаксации (
), они компенсируются электронами, создающими ток коллектора и приходящими из внешней цепи. Если бы рекомбинация в базе отсутствовала и существовала бы чисто односторонняя инжекция, то все носители заряда, инжектированные эмиттером, достигали бы коллекторного перехода и ток коллектора был бы равен току эмиттера.
В действительности только часть (
) тока эмиттера составляют дырки и только часть их (
) доходит до коллекторного перехода. Поэтому дырочная составляющая тока коллектора, вызванная инжекцией неосновных носителей заряда через эмиттерный переход, равна
; 
,
где 
– коэффициент передачи эмиттерного тока.
Кроме тока, вызванного инжектированными в базу неосновными носителями заряда, через коллекторный p—n-переход, смещенный в обратном направлении, протекает обратный неуправляемый ток Iко. Причины его возникновения те же, что и в единичном p—n-переходе. Поэтому результирующий ток коллекторной цепи равен:
. (4.1)
Как известно, обратный ток создается дрейфом неосновных носителей заряда из близлежащих областей обратно включенного p—n-перехода. Поскольку концентрации неосновных носителей заряда зависят от температуры, величина обратного тока также зависит от нее, поэтому этот ток часто называют тепловым. От величины тока эмиттера ток Iко не зависит.
Изменение напряжения, приложенного к эмиттерному переходу, вызывает изменение количества инжектируемых в базу неосновных носителей заряда и соответствующее изменение тока эмиттера и коллектора. Следовательно, для изменения по определенному закону коллекторного тока необходимо к эмиттерному p—n-переходу приложить напряжение, изменяющее по этому закону ток эмиттера.
Рассмотрим качественную картину протекания токов через транзистор в рассматриваемой схеме (рис. 4.4). В соответствии с изложенным ток эмиттера (
) равен сумме дырочной (
) и электронной (
) составляющих:
.
Ток коллектора (
) состоит из дырочной составляющей (
) и теплового тока (
):
.
Ток базы (
) равен алгебраической сумме электронной составляющей тока эмиттера (
), рекомбинационной дырочной составляющей (
) и теплового тока ():
.
Управляющее свойство транзистора, характеризующее изменение выходного (коллекторного) тока ()
под действием подводимого входного тока 
(или напряжения U’ЭБ), обусловливается изменением дырочной составляющей колл
екторного тока (
) за счет изменения дырочной составляющей эмиттерного тока 
(рис. 4.4).
Таким образом, принцип действия биполярного транзистора основан на создании транзитного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера в коллектор через базу и управлении коллекторным (выходным) током за счет изменения эмиттерного (входного) тока, следовательно, биполярный транзистор управляется током.
Ток, текущий через эмиттерный переход (), является управляющим током, or которого зависит ток в цепи коллектора (
) – управляемый ток. Ток базы (
) представляет собой разность управляющего и управляемого токов (ток рекомбинации дырок в базе). Основные носители базы (электроны) при компенсации движения дырок через эмиттерный и коллекторный переходы движутся в выводе базы в различных направлениях.
Иначе говоря, в рассмотренном режиме через транзистор протекает сквозной ток: от эмиттера через базу к коллектору. Некоторая, незначительная часть этого тока (Iбp) вследствие рекомбинации в толще базы ответвляется в цепь базы (рис. 4.4).
Вообще говоря, током, текущим через транзистор, можно управлять, изменяя напряжение на любом из двух электронно-дырочных переходов. Однако, степень зависимости эмиттерного, а следовательно, и коллекторного тока от напряжений 
и 
в активном режиме различна.
К эмиттерному переходу приложено прямое напряжение, и поэтому ток через этот переход, а значит и коллекторный ток сильно зависит от напряжения , возрастая с увеличением этого напряжения по экспоненциальному закону. Таким образом, изменяя напряжение на эмиттерном переходе, можно легко и в значительных пределах управлять током, текущим в транзисторе.
Иным образом зависит значение этого тока от обратного напряжения на коллекторном переходе. Даже если напряжение = 0, дырки, прошедшие через базу и приблизившиеся к коллекторному переходу, увлекаются диффузионным полем перехода (
) в коллекторную область. Подключение обратного напряжения приводит к увеличению поля в коллекторном переходе до величины:
,
где 
– поле за счет подключения напряжения .
Однако при этом коллекторный ток практически не изменяется, так как независимо от величины ускоряющего поля в коллектор переходят все дырки, которые приходят к коллекторному переходу и число которых определяется лишь числом инжектированных из эмиттера в базу дырок и их рекомбинацией в базе.
Таким образом, транзистор отвечает требованиям, которые предъявляются к электронным приборам (преобразователям электрических сигналов), он обладает: легкостью управления током в приборе сигналом в его входной цепи и по возможности меньшим влиянием напряжения в выходной цепи на значение этого тока.
Основное соотношение для токов транзистора составляется по первому закону Кирхгофа:
, (4.2)
С учетом соотношения (4.1) ток 
можно выразить через ток :
. (4.3)
