Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 24
Текст из файла (страница 24)
2). При очень узкой базе или~при слабом ее легировании пробой может быть вызван про·.'колом базы, т. е. с увеличением Икв толщина базы уменьшается::практически до нуля и обедненная область коллекторного пе-:- .рехода смыкается с обедненной областью эмиттера, вследствие~.чегоколлектороказываетсянакороткосоединеннымсэмит·;тером, что и приводит к появлению большого тока I к··В режиме отсечки (РО) Iэ =О за счет подачи на эмиттерныйпереход обратного смещения.Входные характеристики в схеме с ОЭ. Это зависимости Iв==f(Ивэ) с параметром Икэ· При Икэ =О и Ивэ <О оба перехода'смещены в прямом направлении, т. е.
транзистор находится в РН,.когда дырки инжектируются из эмиттера и коллектора в базу.·Входной ток при заданном Ивэ определяется инжекцией элек·'тронов из базы в коллектор и эмиттер, а также рекомбинациейдырок в базе. Этот ток имеет наибольшее значение при Икэ=(}&.(рис. 4.13, а, кривая 1 ). При увеличении IИкэl до значений, боль-•ших Ивэ (IИкэl > IИвэl), транзистор переходит в АР.Глава4.129Биполярные транзисторыlOB40-1в20125°СIИвэlо0,2о0,4а)б)Рис.Входнойток0,6уменьшается4.13из-запрекращенияинжекцииэлектронов из базы в коллектор и снижения тока рекомбинации, так как заряд дырок в базе становится меньше по сравнению с предыдущим случа.ем (см. рис.4.13,а, кривая2).Призначительных напряжениях на коллекторе входной ток падаетиз-за уменьшения толщины базы и, следовательно, уменьшения тока рекомбинации.
При больших входных токах характеристики приближаются к линейным из-за влияния сопротивления базы.На рис.4.13,а представлены входные характеристики длямалых токов. В реальном масштабе эти токи сильно (на несколько порядков) отличаются от номинальных, поэтому входные характеристики обычно имеют вид, изображенный на рис.4.13,Выходные характеристики в схеме с ОЭ. Это зависимости Iк=f(Ик.э) при Iвб.== const (рис.
4.14).Одной из характерных особенностей выходных характеристик является то, что одинаковое изменение тока базыном режиме, когда\Uкэl >I в в актив-\И вэ\, вызывает неодинаковые приращения тока коллектора, т. е. характеристики неэквидистантны.Это связано с тем, что величина коэффициента передачи ~ зависит от тока базы (т. е. ~=~ (Iв)), который задается принудительно.
Поэтому ток коллектора Iкнейно зависит от тока базы= [~(IвНiв+ [~(Iв) + l]Iкво нелиI в·Увеличение тока базы означает интенсификацию рекомбинационных процессов в области базы, т. е. происходит уменьшениекоэффициента а, а поскольку~= а/(1" - 6779-а), то~ тоже падает.130Раздел1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫIкIБ> IБр-п-рI'Бlв=ОIв = -IквооIИкэlРОIюмАа)864НапряжениеЭр лиUA2о-8 -6 -4 -2о246810 12Икэ•Вб)Рис.4.14Восходящие, крутые участки характеристик при малых напряжениях /Икэl соответствуют режиму насыщения, когда инжекция носителей в область базы происходит через оба перехода.При а;: :;: а1 ~ 1 выходные характеристики приИкэ= О начинаются в отличие от схемы с ОБ практически из нуля.
При Икэ =О иИвэ ;е О оба перехода находятся под одним и тем же потенциалом, и через них в область базы инжектируются одни и те же токи, которые компенсируют друг друга.Для активного режима пологий участок имеет заметно больший наклон к оси абсцисс по сравнению с выходными характеристиками для сх€мы включения с ОБ. Это происходит вследствие повышения ~ из-за уменьшения толщины базы с ростом Икэ(эффект Эрли). При уменьшении толщины базы снижается токрекомбинации в базе, а он по условиям должен быть постоянным(IБ= const).Для восстановления заданного Iв необходимо увеличить инжекцию носителей через эмиттерный переход, т. е. уве-Глава4.Биполярньiе транзисторы131личить Ивэ· Ток инжекции больше тока рекомбинации примернов ~раз, что и обусловливает заметное увеличение I к при росте Икэ·Напряжение ИА' при котором пересекаются экстраполированные выходные характеристики (см.
рис.4.14,б), называется напряжением Эрлн, которое для современных маломощных транзисторов может превышать200 ... 300 В. Наклон штриховых пря4.14, б определяет дифференциальное выходноесопротивление rк = (IИлl + Икэ)/Iк в заданной рабочей точке НАР.мыхна рис.При больших значениях IИкэl;;;;. Икэпроб происходит резкое увеличение тока Iк, обусловленное пробоем. В схеме с ОЭ напряжениепробоя И кэ проб значительно ниже, чем пробивное напряжение всхеме с ОБ, что связано с наличием внутренней положительнойобратной связи в транзисторе.
Электронно-дырочные пары, образующиеся в коллекторном переходе в результате ударной ионизации, разделяются полем перехода таким образом, что дырки перемещаются в коллектор, а электроныбазу. Поскольку токбазы должен быть постоянным (Iв- в= const),электроны накапливаются в базе, и поле их объемного заряда компенсирует зарядионов примеси на эмиттерном переходе. В результате этого возрастает инжекция дырок в базу из эмиттера и, следовательно,увеличивается их количество, проходящее коллекторный переход, что вызывает дополнительную ионизацию атомов в переходе, и описанный процесс повторяется.
Таков механизм обратнойсвязи, вызывающей значительное увеличение коллекторного тока. Если принять коэффициент размножения носителей в коллекторном переходе равным М, то с учетом размножения коэффициент передачи тока~= с:х.М /(1с:х.М--+- с:х.М). В схеме с ОЭ при пробое1 и~__. оо. В схеме с ОБ пробивное напряжение больше, поскольку для возникновения пробоя требуются значительно б6льшие значения М из-за отсутствия описанной обратной связи,присущей схеме с ОЭ.Напряжения пробоя для схем с ОЭ и ОБ связаны эмпирической формулойИкэпроб = ИкБпробтJ(l + ~)'где т= 5 для базы изкремни.яр-типа и т= 3 для базып-типа.Напряжения пробоя И кэ проб' И кв проб измеряются при отключенной базе, когда Iв =О.
Практически для обеспечения постоянства тока в цепи базы необходимо включить очень большое со-Раздел1321.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫпротивление Rв, при котором ЭДС источника питания ~Ев» Ивэ·Наличие Rв приводит к тому, что возникающий дополнительный ток рекомбинации за счет размножения носителей протекает через резистор Rв· В результате в базе накапливается меньшее число электронов, положительная обратная связь ослабевает, и напряжение пробоя увеличивается. При Rв =О, когданакопление размноженных носителей минимально, напряжение пробоя максимально, а при Rв----+=происходит максимальное накопление носителей, ток Iв----+ О, напряжение пробоя минимально и равно Икэ проб·На практике не рекомендуется использовать режимы с разомкнутой (отключенной) базовой цепью, поскольку низкое напряжение пробоя может привести к выходу транзистора из строя.Влияние температуры на выходные характеристики схемы сОЭ сильнее, чем в схеме с ОБ.
Снятие выходных характеристикпри различных температурах производится приме с ОБ и при Iв =а= constростIconstIэ =const всхев схеме с ОЭ. Поэтому в схеме с ОБ прик при повышении температуры связан только сI кво « aIэ• то доля I кво вaIэ -+- I кво весьма незначительна, и егоможно не учитывать. В схеме с ОЭ I в = const. Если допустить, чтоВ(Т) не зависит от температуры, тогда Вiв = const, и температурувеличениемI кво·Поскольку обычноколлекторном токе I к=ная зависимость Iк(Т) будет определяться слагаемым <В+ l)Iкво•поскольку в схеме с ОЭ Iк=Вiв +<В+ l)Iкво· Тепловой ток коллекторного перехода, как и обычного перехода, примерно удваивается при увеличении температуры нании кремния.
Следовательно, при В» 110 °Спри использоваприрост коллекторноготока Iк за счет величины (В+ l)Iкво может быть значительным,иногда большим исходного коллекторного тока.4.4.Биполярный транзистор как линейныйчетырехполюсник. Параметры транзистораГрамотное решение задач о рациональном создании и разработке радиоэлектронных устройств, как правило, связано с использованием различных систем параметров, в основе которыхлежат так называемые физические параметры, характеризующие основные физические процессы в транзисторе. К физическим параметрам относят: коэффициенты передачи тока (а и В),Главадифференциальные4.Биполярные транзисторысопротивления133переходов, объемные сопротивления областей,коэффициенты обратнойнапряжению,емкостисв.язи попереходовир.ядРис.других.4.15Все перечисленные параметры так илииначе связаны с токами, напряжениями и их изменениями в цепях эмиттера, базы и коллектора.
Транзистор можно рассматривать как линейный четырехполюсник (рис.4.15),параметрыкоторого будут.определяться в основном физическими параметрами. Связь между токами и напряжениями в таком четырехполюснике может быть представлена двум.я, в общем случае нелинейными, функциями, в которых в качестве независимых переменных могут выступать любые две из четырех величин (см.рис.4.15): Il' I 2 , U 1 , U 2 •При малых изменениях токов и напряжений статические характеристики транзистора можно аппроксимировать линейными функциями.
Функциональные зависимости переменных составляющих токов и напряжений такжебудут линейными. Таким образом, малые переменные составляющие, относительно сравнительно больших постоянных составляющих, можно рассматривать как малые приращения токов ЛJ и напряжений ЛИ.Из большого количества функциональных зависимостей, определяемых величинаминеннымидлясмешанныхпеременныхI1' I 2 , U1' U 2 ,биполярныхпараметров,выступаютунаиболее распростратранзисторовкоторыхвходнойвток.являютсякачествеI1исистемынезависимыхвыходноенапряжение И 2 • Используемые функциональные зависимости имеютвид(4.17)Вычислим полные дифференциалы дл.я зависимостей(4.17),т. е.
будем рассматривать только малые изменения токов и напряженийdU 1 =dI 2 =(дU 1 /дI 1 )(дl 2 /дl 1 )dl 1 + (дU 1 /дИ2 ) dU 2 ,dl 1 + (дI 2 /дU2 ) dU 2 •Введем обозначения:(4.18)Раздел1341.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫТогда систему уравнений(4.18)можно записать в следующем виде:dU 1 = h 11 dl 1 + h 12 dU 2 ,dl 2 = h 21 dl 1 + h 22 dU 2 •В системе уравнений(4.19)(4.19)дифференциалыможно заменить приращениями,равнымиdU1' dU 2 , dll' dI2комплексным амплитудным значениям малых гармонических колебаний.Если зафиксировать одну из зависимых переменных, то коэффициентыhijобретут вполне определенный физический смысли примут следующий вид:h 11 = dU 1 /dI1(при И 2имеет смысл входного диф= const) -ференциального сопротивления при коротком замыкании навыходе для переменной составляющейh 12 = dU 1 /dU 2(приI 1 = const)-(dU 2 =О);коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе для переменной составляющей токаh 21(dl 1 =О);= dl2 /dl1 (при И2 = const) -коэффициент передачи токапри коротком замыкании выхода по переменному току(dU 2 =О);h 22 = dl2 /dU2 (при I 1 = const)- выходная проводимость приразомкнутом входе для переменной составляющей (dl 1 = О).Конкретные значения параметровhijзависит от постоянныхсоставляющих входного тока и выходного напряжения, от схемвключения.
На низких частотах влияние внутренних емкостейтранзистораневеликовительными велич:Инами.иh-параметрыявляютсядейстВ этом случае дифференциальныеh-параметры нетрудно вычислить по статическим характеристикам транзистора, заменив дифференциалы малыми приращениями.Для примера рассмотрим схему с ОЭ, для которой входнымтоком=I1является ток базыI Б'ИКЭ' входное напряжение И 1Параметрыа выходное напряжение И 2 ==И БЭ' а выходной токI 2 = I к·hij для схемы с ОЭ, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
