Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 26
Текст из файла (страница 26)
На рис.4.16приведена в качестве примера Т-образная эквивалентная схема для h-параметров(И 1 , 2 ,I 1, 2 -комплексные величины гармонических напряженийи токов). Аналогичные схемы формируются для у-параметров.Физические эквивалентные схемы создают следующим образом. Сначала выделяются некоторые части транзистора, в которых отдельно анализируются физические процессы. Простейшей эквивалентной схемой, основанной на физических соображениях, является схема, используемая в модели Эберса-Молла.Более сложная модель, лучше приближенная к реальности,помимо четырех элементов простейшей модели содержит трирезистора rЭ, rБ,r{;,,которые учитывают влияния полупроводниковых областей эмиттера, базы и коллектора и четыре конденсатора Сэ бар• Сэ диф• Ск бар' Ск диф• которые определяют инерционные свойства эмиттерного и коллекторного переходов приработе транзистора с переменными сигналами (рис.На рис.4.174.1 7).резистор rЭ исключен из-за его малой величины; значен.ия rЭ, rБ= r и rК, могут не совпадать с объемными сопротивлениями соответствующих областей, как правило, из-заособенностей геометрии транзисторов.
Наличие этих резисторов приводит к тому, что к диодамVD 1 и VD 2 приложены напря-жения И Бэ и И вк, которые меньше внешних напряжений Ивэ иИ вк· Поскольку диффузионные и барьерные емкости зависят отнапряжений И Бэ и И вк, то в качестве таких емкостей использу-·Глава4.Биполярны.е транзисторы141эРис.4.17ют либо усредненные постоянные значения, либо зависимостиС 6 ар(И), СдиФ(И), которые повышают точность модели. Рассмотренная модель справедлива для больших сигналов, поскольку вней учитываются нелинейные характеристики элементов (диоды, емкости, сопротивления).При работе на малом сигнале целесообразно использоватьдругие эквивалентные схемы. На рис.4.18представлена однаиз малосигнальных моделей (Т-образная эквивалентная схема)VD 1транзистора в активном режиме, в которой диодзаменендифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода rэ·Резистор rЭ исключен в силу его малости, исто'чник токаa1I 2 иконденсатор Ск диФ также исключены из-за незначительной величины обратного тока коллекторного переходаРис.4.18I2 • ГенераторРаздел142токаi 1h 2 шПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫмоделирует влияние динамического коэффициентапередачи тока ад= Iк= -1.(4.23).Резистор rкэ=ИА/1 1постоянные составляющие токовние Эрли.
На схеме4.18Ipстрочными буквами==ИА/IК=• где 1 1 =Iк; ИАi-напряжеобозначены переменные составляющие токов. Вместо а в обозначении генератора тока использован дифференциальный параметр h 2 ш, чтосправедливо для малых напряжений. При заданных постоянных составляющих тока эмиттера и коллектора параметры схемы постоянны. Схема, показанная на рис.4.18,может бытьпреобразована в П-образную, что часто используете.я для анализа и расчета усилительных схем.4.6.Переходные и частотныехарактеристики биполярного транзистораЦ:ри изменении частоты сигнала или при подаче импульсныхсигналов на работу транзистора и на его параметры могут существенно влиять инерционные процессы, обусловленные наличием реактивностей (в основном паразитных емкостей переходов)и конечным временем переноса носителей через область транзистора.
Инерционные свойства транзистора определяют возможности его использования в конкретных электрических схемах, особенно в усилительных и генераторных устройствах, работающих на высоких частотах. При увеличении частоты времяпротекания физических процессов в транзисторе, вызванныхизменением входного сигнала, может быть соизмеримо или превь1шать его период. в этом случае сопротивления конденсаторов в малосигнальных эквивалентных схемах, рассмотренных впредыдущем разделе, могут оказаться меньше дифференциальных сопротивлений эмиттерного и коллекторного переходов,объемных сопротивлений базы и коллектора. В результате этихпроцессовh·и у-параметры станов.яте.я комплексными величинами, зависящими от частоты. Учесть одновременно все факторы, влияющие на частотные свойства реального транзистора,очень сложно.
Для того чтобы оценить частотные свойства транзистора в целом, можно допустить, что полный коэффициентпередачи тока транзистора равен произведению коэффициентовпередачи тока, зависящих от процессов в отдельных областях.Рассмотрим частотную зависимость коэффициента передачитока в схеме с ОБ h 2 ш, на которую, как отмечалось в п.4.4,Глава4.143Биполярные транзисторывлияют емкость цепи эмиттера, время пролета носителей заряда через базу, время пролета носителей через область объемногозарядаколлекторногопереходаипостояннаявременицепиколлектора. В первую очередь оценим процессы в базе, пренебрегая влиянием емкостей и явлениями в коллекторном переходе. Для простоты будем рассматривать явления в базе на примере изменения токов транзистора при подаче на его вход функциивключения,представляющей ступенчатое изменение входногосигнала.
Изменение этой функции при прохождении сигналачерез транзистор связано не только с его переходными характеристиками,нотакжеисчастотными,посколькуспектримпульсного сигнала изменяется при изменении фронтов сигнала.Предположим, что в начальный момент времени на коллекторподано постоянное обратное напряжение, а эмиттерный ток равен нулю. Не будем учитывать в коллекторном токе обратныйток термогенераЦии. В момент времени t 0 эмиттерный ток изменяется скачком до величины Iэ (рис.стотысчитаем,4.19,а), при этом для прочто осуществляется односторонняядырок, т.
е. коэффициент инжекции у=1.инжекцияИнжектированные вбазу дырки достигают коллекторного перехода через некотороевремя задержкиt 3 и приt ;;;;. t 0 + t 3 коллекторный ток начинает на.= al 3 • Нарастание происходит постерастать до значения h 2 шl эпенно, поскольку скорости отдельных носителей существенноразличаются из-за того, что диффузия носителей связана состолкновениями носителей с атомами, ионами и между собой.Следовательно, скорость диффузии есть величина средняя, от-~!!1,:..:..ttiэ(~Шэ+ l)Iвiк(1 -а)Iэ~Iва)6)Рис.4.19Раздел1441.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫносительно которой скорости носителей распределены по определенному закону. В результате фронт коллекторного тока имеет конечную длительность tФ.В течение времениt3 ,ток базы будет равен току эмиттера13 ,затем за время tФ он уменьшится до стационарного значения(1-h 2 ш)I 3 =(1 - a)I 3 •Одновременно с током коллектора происходит нарастание избыточного заряда в базе.
Увеличение избыточного заряда и тока коллектора носит экспоненциальный ха рактер, т. е.(4.31)где 'tкэ-постоянная времени, определяющая длительность переходного процесса коллекторного тока. Если пренебречь переходными процессами в эмиттерном и коллекторном переходах,то 'tкэ=tпрБ• где tпрБ-время пролета носителей через базу.В случае бездрейфовых транзисторов 'tкэ= t D•гдеtD -среднеевремя диффузии носителей через базу. В общем же случае, какотмечалось ранее, структура транзистора разбивается на несколько областей в направлении от эмиттера к коллектору, тогда 'tкэ может быть записана в следующем виде:(4.32)где 'tэп-постояннаявремени эмиттерного перехода,время пролета носителей через базу, 'tкпtпр в-постоянная време-ни, которая определяется временем пролета носителей черезколлекторный переход, 'tк-постоянная времени коллектора.Постоянная времени эмиттерного перехода 'tэп учитывает за -держку нарастания тока инжекции, связанную с зарядом барьерной емкости эмиттерного перехода.
В силу этого ток инжекции дырок нарастает не скачком, а экспоненциально:(4.33)где Уэ-коэффициент инжекции эмиттера, а'tэп = Сэбарrэ.(4.34)Время пролета носителей через коллекторный переход tпрможет быть определено по формуле tпрширина коллекторного перехода, vнас(см. п.3. 7).-=L 06 к/vнас• где L 06 к-скорость насыщеннаяИз-за высокой напряженности электрического поляГлава4.Биполярные транзисторы145скорость переноса носителей через коллекторный переход равнаскорости насыщения vнас· При движении дырок через обедненный слой они наводят в цепи коллектора ток, которы~ начинаетизменяться раньше, чем они долетят до границы слоя и перей<дут в коллектор, поэтому 'tiшtпр· Расчеты показывают, что(4.35)Постоянная ~ремени 'tк в формуле(4.32)определяется перезарядкой барьерной емкости коллекторного перехода, т.
е.''с Кбар''tк = rк-где rк(4.36)объемное сопротивление высокоомной коллекторнойобласти.Зная rкэ' можно записать переходную характеристику h 2 ш(S)коэффициента передачи тока в схеме с общей базой в операторной форме(4.37)t3где-времязадержкиколлекторногофронта импульса тока эмиттера (см. рис.тока4.19,относительноа).Используя операторную форму записи переходной характеристики и заменяя операторSнаjco (j -мнимая единица), получим комплексную частотную характеристику коэффициентапередачи в виде(4.38)где соа= 2nfa =1/'tкэ -угловая предельная частота для схемы с ОБ.Комплексное значение h 21 в. может быть использовано в случае приближения малых сигналов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
