Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 49
Текст из файла (страница 49)
Чем проще эквивалентная схема, чем меньше она содержит эле- 233 (4.68) (з1= 7273 из = 72(7, + 7 ). (4.69) Отсюда ментов, тем легче ею пользоваться, но обычно тем менее точно она отражает свойства реального транзистора. По способу построения различают формальные н физические эквивалентные схемы.
Формальные эквивалентные схемы строят на основе описания транзистора с помощью уравнений четырехполюсннка (рнс. 4.26). Как видно из рисунка, каждая схема содержит по четыре элемента: два сопротивления (комплексных) н два генератора тока или напряжения. Такие эквивалентные схемы не имеют никаких преимуществ по сравнению с описанием транзистора как четы- О 7(7 +7),~ 02 = ()м+ 7172, ~~ в режиме холостого хода на входе — =72+ =721, '—.~ =21+ 22=711, О з с) ))т-о ), ),=о 6 71 1)та 72 712-712 й а) а) у) .
)Фг йг урезу Рис. 4.26. Формальные эквивалеитиые схемы траизисгора: л — для системы з-яараметроа; б— для системы р-аараметров; и — для системы Ь-яараиетроз Рис. 4.27. Одиогеиераториые формальные эквмвалеитиые схемы: л — т-образиая экзизалеитиая сзе. ма с геиераторо» ЭДГ; б — Т.об. разная экзиаалеитиая схема с ге. иератором тока; и — П-образиая зкаиазлеитизя схема с геиератором тока рехполюсника путем задания его параметров (нлн соответствующих уравнений).
Формальные эквивалентные схемы можно представить в разной форме: например, построить так, чтобы в схеме был только один активный элемент (рис. 4.27). Обычно этн схемы по способу начертания подразделяют на Т- и П-образные. Чтобы установить связь элементов одногенераторных формальных схем с параметрами четырехполюсннка, можно записать выражения для токов н напряжений в них, а затем сопоставить со значениями токов и напряжений четырехполюсиика. Например, для Т-образной эквивалентной схемы с генератором ЭДС (рис. 4.27, и) в режиме холостого хода на выходе 234 (4.70) и ) , и~ 22 = 212~ ° = 72 + ХЗ = 722 )т )), о уз 9, о После преобразования получим значения, указанные на рисунке.
Аналогично получают параметры н других одногенераторных схем. Физические эквивалентные схемы составляют на основании физических соображений для определенных типов конструкций транзистора, для определенного частотного диапазона, ориентируясь на определенную схему включения транзистора (с общим эмиттером, общей базой, общим коллектором). Каждый вывод физической эквивалентной схемы соответствует электроду транзистора.
Заметим, что в формальных эквивалентных схемах различают только входные и выходные зажимы независимо от того, какими электродами транзистора онн являются. Физическую эквивалентную схему строят, выделяя мысленно некоюрые части в транзисюре и рассматривая отдельно процессы в этих частях. За основу построения обычно берут формальную эквивалентную схему идеализированною транзистора, называемого одномерной теоретической моделью.
Прн изучении одномерной теоретической модели транзистора считают, что носители заряда в нем движутся по параллельным путям, а поверхностная рекомбинация только изменяет время жизни носителей. Кроме того, в одномерной теоретической модели не учитывают влияние объемных сопротивлений н токов, проходящих через барьерные емкости переходов. Прн таких предположениях получается, что параметры формальной эквивалентной схемы довольно просто выразить через конструктивные параметры идеализированного транзистора (толщину базы), режим его работы, свойства материала. К одномерной теоретической модели транзистора добавляют элементы, учитывающие другие процессы, например падения напряжений на объемных сопротивлениях, токи через емкости и т.
д. $ А42. эияиедэзентндя схемА ОднОмеРНОЛ теОРетичеснОЛ МОДЕЛИ бмь ~ бмь ~, (471) Рис. 4.28, Эквивалеитнаи схема одномерной теоретической модели транзистора: — с камплвкспымн сппрптнвленнямн; б — с пктквкымн сопротнвленкямн н днффузноннымн емкостями сопротивление коллектора (4.72) «,=сап««' диффузионное сопротивление базы (4.73) ~«к коэффициент передачи тока эмиттера одномерной теоретической модели транзистора а= —," ~ (4.74) 236 Как отмечалось, параметры формальной эквивалентной схемы легко можно выразить через параметры четырехполюсника, которые в свою очередь могут быть найдены по значениям токов и напряжений в транзисторе. Поэтому для построения формальной эквивалентной схемы одномерной теоретической модели транзистора нужно знать переменные составляющие токов н напряжений.
Строгий расчет этих составляющих производится примерно так же, как н расчет постоянных составляющих (см. $4.4). Однако он сложнее, так как в данном случае менее обоснованно предположение о постоянстве плотности тока во всех сечениях базы, особенно сильно это проявляется в области высоких частот. Для дальнейших расчетов воспользуемся упрощенным прие- мом. Учитывая, что все параметры оу формальной эквивалентной схемы комплексные, изобразим их как результат параллельною соединения сопротивлений и емкостей. Полученная эквивалентная схема показана на рис.
4.28. Эта эквивалентная схема должна быть справедлива в области низких частот. э7 7 Тогда активные сопротивления эквивалентной схемы можно получить как отношения приращений напряжений в цепях транзистора к вызвавшим их приращениям токов (такие приращения играют на низких частотах роль переменных сигналов). Согласно эквивалентной схеме, сопротивление эмиттера Емкости в эквивалентной схеме одномерной теоретической модели отражают только накопление носителей заряда в базе, Диффузионные емкости транзистора — — — — (4.75) С,,ф бЕ;„=....«бО (4.76) би ь ч=«ппь« (4.77) Справедливость соотношений (4.71) — (4.77) сохраняется вплоть, до частот, когда период сигнала начнет приближаться ко времени пролета носителей заряда через базу.
Рассмотрим, какие процессы в базе одномерной теоретической модели транзистора определяют значения параметров ее эквивалентной схемы. Генератор тока в цепи коллектора учитывает, как указывалось, активное свойство транзистора. Значение тока этого генератора пропорционально значению тока эмиттера и зависит от частоты. При этом изменяются как амплитуда, так и фаза тока. Частотные зависимости а подробно рассмотрены в $ 4.14, здесь ограничимся изучением его низкочастотного значения о. Воспользовавшись выражениями для токов транзистора (см. 5 4.4), с помощью формулы (4.74) можно найти значение а. Чтобы знать, какими процессами определяется значение а, его представляют в виде произведения четырех сомножителей: а = тапа'М, (4.78) где у= — е-~ — эффективность эмиттера, показывающая, «7«, ы=«ьпь« какова доля инжектироваиных в базу носителей заряда в общем токе эмиттера (зиачение у обычно немного меньше единицы); б«'.р а, = — "' ( — коэффициент переноса, показывающий, ка! ..ь---« кая часть инжектированных в базу носителей заряда доходит до коллекториого перехода (зиачеиие а.
обычно немного меньше единицы; а*= —." ~ — эффективность коллектора, пока- «6, са и и ь=«ьп«« м-~ зывающая, во сколько раз ток коллектора возрастает из-за на- личия в обратном токе коллекторного перехода составляющей, зависящей от тока эмиттера (зиачение а* обычно несколько больше единицы или равно единице); М вЂ” коэффициент лавин- ного размножения (см. $ 3.1!).
Эффективность коллектора а* учитывает явление, связанное с изменением экстракции иеосновных носителей из коллекторной области: при увеличении тока эмиттера и, следовательно, тока коллектора увеличивается падение напряжения иа объемном 237 оно (4.88) эт г« эй эт 41, (4.87) (4.81) ч«« С «еж 1~1„ (4,88) эт Г«л«э =в ч)« (4.89) аж — пт1«,' В 62! (4.83) (4.84) (4.90) для дрейфового , н(о) ат ы н»«) эт н( ) ~' н(о) / и(««) «н(0) (4 Н(0) и Н»«) . 238 239 сопротивлении коллекторной области, которое способствует движению неосиовных носителей коллекториой области к коллектор- ному переходу.
В результате при увеличении тока эмиттера ток коллектора возрастает не только из-за прохождения через коллекторный переход носителей, иижектированных эмиттером, но н из-за экстракцнн неосиовиых носителей заряда из более удаленных частей коллекторной области. Практически и* ) 1 только в германневых транзисторах с высокоомной коллекторной областью. В кремниевых транзисторах и* ж 1, так как обратный ток через кремниевый р-н-переход обусловлен в основном тепловой генерацией носителей в самом р-п-переходе, а не экстракцией неосиовных носителей заряда.
Общие соотношения, выведенные ранее, позволяют получить все сомножнтелн (4.78) — внутренние параметры транзистора. Для бездрейфового транзистора (4.79) Э ««3««-, « о«1 —— 2с! ' (4.80) С параметром а связан коэффициент передачи тока базы одномерной теоретической модели транзистора й ~ а (4.82) «и««„=«««! ! — а ' Равенство (4.82) является приблизительным, так как определение коэффициентов передачи тока эмиттера а и тока базы В пРоизвоДитсЯ пРи несколько отличных УсловиЯх: им=сонэ! и и«« = сопз! Параметры эквивалентной схемы одномерной теоретической модели транзистора и и В легко выразить через параметры эквивалентного чегырехполюсника, т. е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
