Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Кроме того, в транзисторах с неравномерным распределением примесей в базе необходимо учитывать еще, что удельное сопротивление в разных точках различно. Одиако база транзистора обычно представляет собой очень топкий слой и ток базы проходит практически только вдоль этого слоя.
Тогда вместо обычного удельного сопротивления можно вводить сопротивлеиие квадратного участка слоя но аяалогичиое по смыслу удельному поверхностному сопротивлению. Произведем расчет коэффициеита обратной связи между цепями коллектора и эмиттера транзистора, структура которого показана иа рис. 4.30. Плотность емкостиого тока коллектора (4. ! 14) Ток с такой плотностью вводится в базу. Пусть иа участке от 0 дО .т, СОПрОтИВЛЕНИЕ Кеадрата СЛОЯ баЗЫ (Ьь ТОГда ПадЕНИЕ напряжения иа участке су« Будем считать, что возникающие в базе напряжения невелики, так что отводимый из базы через эмиттериый переход ток тоже невелик. Тогда ток, проходящий через сечение (У«, составляет У = х!У„.
Проинтегрировав (4.!15), иа участке от х, до х получим Аналогично находим распределение иапряжеиия иа участке от х, до «а. Тогда иа участке от 0 до х, () = —" (Е* ( х — х') + Е* (х' — х3)) . Таким образом, напряжение в базе распределено неравномерно. Чтобы определить усредиеииое значение напряжения, создающего обратную связь, учтем, что при этом ток эмиттера должеи быть равен нулю, т. е. о ~(и — и)У« = 0. (4.120) о оо ()„= (!.+~(х~ — х')4(х+ (!. '2" (зла — Ф (4121) 2«, о Рнс. 4.3!.
Полные зквпвалентные схемы транзисторов; а — сплавного (ряс. 4Л9, а); б — плвнврвого (ряс. 4 29, б) Окончательно, подставив значение У„, получим Рте, еткИ. г йлгд елм,еХ Х и 7 вве Р,Р пте.е Отн.ед й гл 9 I а уа РХ Птл ед. 'г пг О,г г )П гп Рп Рле,п Пу Пг ОО Г г б),,мд -ХР Р зп ЮВ Г.-"с -дп -4П Р 4О РП Рте Рис 4 34. Зависимости параметров физической эквивалентной схемы транзистора от темпера- туры Рнс. 4.35.
Зависимости Ь.параметров транзистора от темпе- ратуры 24б 247 откуда эффективное сопротнвленне, определяющее обратную связь, хо — Хэ з з з, га = — (йм — '+ ()гз 2 ) . (4.123) Аяалогнчно определяют сопротивление базы н прн других связях в транзисторе. Метод расчета нужно выбирать в завнснмостн от нсследуемого процесса. Рассмотрим построение полных эквивалентных схем транзнсторов (рнс. 4.31).
Для бездрейфового транзнстора со структурой, показанной на рнс. 4.29, а, схема имеет внд, представленный на рнс. 4.31, и. Элементы, соответствующне одномерной теоретической модели, Р) Р) Рнс. 4.32. Зависимости параметров эквивалентной схемы транзистора ог постоянного тока эмнттера (и) н от постоянного напряжения на коллекторе (б) не отличаются от представленных на рнс. 4.28. В цепь базы помимо сопротивлений включен генератор ЭДС, учнтывающнй напряжение, которое возникает в базе прн прохождении постоянного тока через переменное сопротивление. Для дрейфового транзистора со структурой, показанной на рнс. 4.29,6, эквивалентная схема несколько другая. Барьерная емкость коллектора в данном случае перезаряжается через разные сопротивления. Часть этой емкости С„'„, создает обратную связь, а часть емкости коллектора С„"„„соответствующая пернфернческой базе, не дает обратной связи.
Кроме того, нз-за высоких рабочих частот, на которых работают дрейфовые транзнсторы„в эквивалентной схеме целесообразно учнтывать емкости между внешними выводами Сгы С,в, С„з, а также объемное сопротнвленне коллектора. Режим работы транзистора (напряженке на коллекторе, ток эмнттера) существенно влняет на параметры эквнвалентной схемы. Этн зависимости объясняются соотношениями. приведенными в $4.6, 4.12 н 4.13. На рнс. 4.32 даны зависимости параметров маломощного бездрейфового германневого транзистора от тока эмнттера (рнс. 4.32,а) н от напряжения коллектора (рнс.
4.32,б). Для наглядности все зависимости даются как относительные — значення параметров прн гэвм! мА н ()ив=5 В приняты за единицу. е йг Р,Р 7 г Рге,нд ! г Р )п гд РР 4(т,п а) д) Рис. 4.33. Зависимости И-параметров транзистора от постоянного тока эмнт- тера (и) н от постоянного напрвження на коллекторе (б) На рнс. 4.33 показаны нормализованные зависимости И-параметров четырехполюсннка, эквивалентного маломощному бездрейфовому германневому транзистору, от режима работы.
У транзисторов, как н у других полупроводниковых прнбоРов, нзменяются свойства прн изменении температуры, что в ряде случаев затрудняет нх прнмененне. На рис. 4.34 приведены зависимости параметров эквивалентной схемы маломощного бездрейфового германиевого транзистора от температуры (относительные изменения значений). На рис. 4.35 показана температурная зависимость параметров четырехполюсиика. Рнс. 4.ЗЦ Эхвнвалентннн схема эмнттерноа цепн транэнстора ! — о+1 С..
еэ нна (4.124) еэ.анм + !э.енн — + !в~энне+ !мС,„„ Как сказано в $4.12, постоянная времени (4.! 25) гэ Сеанс !эран Таким образом, вплоть до частот о!, сравнимых с 1/г„т величину ьтг,С,ана можно считать малой по сравнению с единицей. Тогда окончательно у ! те .с.;;; (4.126) 24$ 1 4.м чааотиыв характвристики Одним из основных факторов, определяющих пригодность транзистора для использования в той или иной электрической схеме, является зависимость его параметров от частоты. Особенно большое значение имеют зависимости усилительных свойств транзистора от частоты. рассмотрим частотную зависимость коэффициента передачи тока эмиттера й,ы.
В $ 4.9 отмечалось, что на коэффициент передачи тока влияют емкость цепи эмиттера, время пролета носителей заряда через базу, время пролета носителей через область объемного заряда коллектора и постоянная времени цепи коллектора. Постоянная времени цепи эмнттера.
Как было сказано в $4.!3, цепь эмнттера транзистора можно представить в виде параллельного соедииеаа"р иия активного сопротивления эмиттера, диффузионной и барьерной емкостей (рис. 4.36). При этом часть тока эмиттера, а проходящая через активное сопротивление и диффузионную емкость эмнттера, связана с иижекцией носителей заряда в базу, а часть эаа тока, проходящая через барьерную емкость, не связана с инжекцией. Согласно определению, данному з $4.12, эффективность эмиттера на переменном сигнале является отношением тока, связанного с инжекцией, к полному току: Полученное выражение свидетельствует о том, что с увеличением частоты из-за шунтнрующего действия барьерной емкости эмнттера доля инжектированиых носителей заряда уменьшается.
Кроме того, появляется фазовый сдвиг между общим током эмиттера н током инжектнруемых в базу носителей. Так как с ростом тока сопротивление эмиттера падает быстрее, чем растет емкость, постоянная времени цепи эмнттера с увеличением постоянного тока уменьшается.
Пролет носителей заряда через базу. Точный учет искажения сигнала при пролете носителей через базу довольно сложен. Однако можно сказать, что ток коллектора должен отставать по фазе от тока эмнттера из-за конечного времени пролета носителей. Кроме того, н амплитуда тока коллектора должна быть меньше амплитуды тока эмнттера нз-за размытия пакетов носителей заряда (см. $4.9). Такая зависимость коэффициента переноса обычно аппроксимнруется формулой о,ехр ( — рнн— ма ) пав !+!— маэ Из (4.127) модуль коэффициента переноса (4.
127) (4.128) 1и„! = т е( — ")' а аргумент агйа, = — (тп„— "+ агс1а — ). (4.129) Из выражения (4.128) следует, что ы — частота на которой модуль коэффициента переноса уменьшается в -ч'2 раз по сравнению с низкочастотным значением. Значения коэффициента т„ зависят от распределения примесей в базе и обычно лежат в пределах от 0,22 для бездрейфовых до 0,6 — 0,9 для дрейфовых транзисторов. Более простая аппроксимация частотной зависимости коэффициента переноса имеет вид ! па— ! + !м1„ (4.130) где г„т.„— время пролета носителей заряда через базу. Как показывают расчеты, эта аппроксимация дает несколько заниженные значения модуля коэффициента переноса, а на высоких частотах — и фазового сдвига.
Но зато время пролета носителей через базу легко найти из их распределения. Действительно, плотность тока 249 (4.131) /р — — дрор, ! = !т! = 3 и созе(! — — )!тх. р - 54р д и (4. 138) о р отсюда ор —— !(х/!(! = Ур/(д р). (4.132) Подставив распределение концентрации носителей заряда из (4.12) н проинтегрировав от 0 до и, получим гвр,р ем $( — $ о с(х)!(х. о о (4. 133) Для бездрейфового транзистора (врал = ц!'/(20р), (4. 134) для дрейфового т б!(0) йр(е) Пролет носителей через область лр объемного заряда коллекторного иеир ! ! рехода. Как сказано в $4.9, при движенин носителей через область объемного заряда коллекторного перехода в цепи коллектора проходит ток, свяр ванный с изменением электрического поля в области перехода.
Если через транзистор проходит синусондальный сигнал, то и концентрация носителей во времени изменяется сннусоидально. Рнс. 4.37. Распределение носи- Кроме того, носители направленно телей заряда в коллекториом движутся в электрическом поле пере- переходе хода. Следовательно, распределение переменной составляющей концентрации носителей заряда в р-лпереходе коллектора можно представить в виде бегущей волны: р = ресоз е(! — х/ор). (4. 136) й = — ир —— — "~-дх, с!!1 5 др и д а (4.137) где а — коэффициент пропорциональности. Токи, наводимые всеми зарядами в переходе, складываются; отсюда полный ток через коллекторный переход 250 Движушийся заряд создает наведенный ток. Если в переходе выделить слой толщиной !(х (рис. 4.37), то нз непрерывности тока следует, что наводимый при движении зарядов этого слоя с(9 ток равен току переноса носителей в этом слое, т.
е. Положим, что скорость движения носителей о постоянна. Такое предположение основано на том, что напряженность электрического поля в коллекторном переходе часто превосходит ту. при которой наблюдается насыщение скорости движения носителей, так что снорость изменяется только в небольших областях у краев перехода. Тогда, взяв интеграл в (4.138), получим !' = — 3)п — созйкм! — — ) .
др5 ир . бе р бек (4. 139) д е/(2ир) 2ир к 2ир р ' Отсюда следует, что ток через р-л-переход с изменением частоты изменяется как по амплитуде, так н по фазе в отличие от случая, когда эффекты, связанные с пролетом, отсутствуют. В частности, при е -~. 0 то = ~ Р ' = цБрепр, (4.140) — т р тлгр т. е. б = а, а при других частотах 7, г ! = то — 3!и — создам! — — ) (4.141) 2ир . бе / бе х ! бе 2и, к 2и г" лиар Амплитуда тока коллектора падает гр ! в )!2 раз по сравнению с низкочастот- бе ным значением, когда 3!и — = 2ир Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
