В биполярном транзисторе эмиттер имеет намного более высокое легирование, чем основание. Когда вы применяете прямое смещение к диоду базы-эмиттера, ток будет течь, и из-за более высокого легирования в эмиттере от эмиттера в основание будет течь намного больше электронов, чем от основания в эмиттер через отверстия.
Ток в полупроводнике может протекать через два основных механизма: есть «дрейфующий» ток, когда электрическое поле ускоряет электроны в определенном направлении. Это простой способ прохождения тока, к которому мы все привыкли. Существует также «диффузионный» ток, при котором электроны перемещаются из областей с более высокой концентрацией электронов в области с более низкой концентрацией, подобно воде, впитывающейся в губку. Однако эти рассеивающие электроны не могут двигаться вечно, поскольку в какой-то момент они попадут в дыру и рекомбинируют. Это означает, что диффузионные (свободные) электроны в полупроводнике имеют период полураспада и так называемую диффузионную длину, которая является средним расстоянием, которое они проходят перед рекомбинацией с дыркой.
Диффузия - это механизм, с помощью которого диодное соединение создает область обеднения.
Теперь, если диод базы-эмиттера смещен вперед, область истощения диода базы-эмиттера становится меньше, и электроны начинают диффундировать из этого перехода в базу. Однако, поскольку транзистор построен так, что диффузионная длина этих электронов больше, чем широкая база, многие из этих электронов фактически способны диффундировать прямо через базу без рекомбинации и выходить на коллектор, эффективно «туннелируя» через основание, не взаимодействуя с отверстиями там. (Рекомбинация - это случайный процесс, который не происходит сразу, поэтому диффузия существует в первую очередь.)
Таким образом, в конце концов, некоторые электроны попадают в коллектор случайным движением. Теперь, когда они есть, электроны могут вернуться обратно в базу только тогда, когда они преодолеют прямое напряжение смещения диода коллектора базы, заставляя их «накапливаться» в коллекторе, уменьшая напряжение там, пока они не смогут преодолеть соединение коллектор базы и поток обратно. (На самом деле, этот процесс является равновесием, конечно.)
С напряжениями, которые вы прикладываете к базе, эмиттеру и коллектору, вы создаете только электрические поля в полупроводнике, которые вызывают дрейф электронов к области обеднения, изменяя концентрацию электронов в кристалле, что приводит к диффузионному току, протекающему через база. Хотя на отдельные электроны влияют электрические поля, создаваемые напряжениями на клеммах транзистора, они сами не имеют напряжения, только уровни энергии. Внутри части кристалла, которая обычно находится под одним и тем же напряжением, электроны могут (и будут) иметь разную энергию. Фактически, никакие два электрона не могут иметь одинаковый уровень энергии.
Это также объясняет, почему транзисторы могут работать в обратном направлении, но с гораздо меньшим коэффициентом усиления по току: электронам труднее диффундировать в область сильного легирования эмиттера, чем в слегка легированный коллектор, поскольку концентрация электронов там уже достаточно высока. Это делает этот путь менее благоприятным для электронов, чем в нереверсивном транзисторе, поэтому больше электронов просто вытекает прямо из базы, и коэффициент усиления ниже.
