Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 53
Текст из файла (страница 53)
4.43). В исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки, т. е. эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении. После подачи через эмнттер импульса тока в прямом направлении ток коллектора появляется не сразу, так как необходимо некоторое время на перезаряд барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов, а также иа передвижение инжектнрованных неосновных носителей заряда до коллекторного пере- хода (рнс. 4,43, б), Интервал времени между моментом подачи на вход транзистора импульса тока и моментом достижения выходным током значения, соответствующего !Оо" его амплитуды, называют временем задержки для биополярного транзистора /,», В дальнейшем продолжается процесс перезарядки барьерной емкости эмиттерного перехода, что приводит к увеличению напряжения на эмиттерном переходе, к увеличению граничной концентрации и градиента концентрации неосновных носителей заряда в базе около эмиттерного перехода (рис.
4.43, в). Увеличение градиента концентрации неосновных носителей заряда около эмиттерного перехода соответствует увеличению инжек- /л /з /эр й а) /эг г) Рла р/ 1» й)/л лил /зла л) /гХ45 б 7 8 й г)р Рис. 4.43. Временные зависимости тока змиттера /а) и тока Коллектора /б) прн работе транзистора в качестве ключа по схеме с общей базой и распределение неосновиых носите. лей заряда в базе в различные моменты времени (а. е! ционной составляющей тока эмнттера. Емкостная же составляющая тока змиттера по мере заряда барьерной емкости эмиттернОго перехода уменьшается, так что полный ток эмиттера /ю остается неизменным (рис. 4.43, а).
Его значение определяется параметрами генератора тока во входной цепи транзистора. В связи с увеличением ннжекциоиной составляющей тока эмиттера происходит процесс накопления неосновных носителей заряда в базе транзистора. Этот процесс также происходит не мгновенно, так как скорость движения неосновных носителей заряда в базе конечна. В процессе накопления неосновных носителей заряда увеличивается градиент их концентрации около коллекторного перехода, что соответствует увеличению тока коллектора, Прн больших значениях тока эмиттера /э, ток коллектора ограничен не током эмиттера, а параметрами выходной коллекторной цепи. Эмиттер инжектирует в базу такое количество неосновных носителей заряда, которое коллекторный переход ие может экстра- 258 гировать при заданном значении сопротивления нагрузки и ЭДС источника питания в цепи коллектора.
Поэтому в базе транзистора около коллекторного перехода начинает расти граничная концентрация неосновных носителей заряда. Когда эта граничная концентрация неосновных носителей заряда превысит значение равновесной концентрации неосновных носителей заряда, транзистор перейдет из активного режима в режим насыщения. В этот момент (кривая 4 на рнс. 4.43, в) ток коллектора /К ннс б Кб//Сн (4.169) В действительности значение установившегося тока коллектора транзистора, находящегося в режиме насыщения, несколько превышает значение тока насыщения, вычисленного по (4.169), так как кроме ЭДС источника питания надо еще учесть падение напряжения на объемном сопротивлении базы.
При прохождении через эмиттер тока в прямом направлении падение напряжения на эр объемном сопротивлении базы, как это видно на рис. 4.44, должно складывать- эг Х л ся с ЭДС источника питания в коллен- л)и $~ ли торной цепи: Е ла /к =/к с =(бк + Л//~)/)7 . (4!70) Интервал времени, в течение кото- Рис 4.44. пояснение скачко- рого то коллеихора из-за изменения 90,4 его амлитуды, называют временем наристиниядлябиполярноготранзисто- женин на объемном сопроРа /и (см. Рис. 4.43, б).
ИнтеРвал вРе- тивлеиии базы пйп изменении нр нап авлепия тока змитте а мени, являющийся суммой времвни за- направл пия хопа змиттера держки и времени нарастания, называют временем включения биполярного транзистора /, . Время включения биполярного транзистора зависит от амплитуды импульса прямого тока эмиттера и от частотных свойств транзистора, а также от дкб и /7„. В момент изменения направления тока эмиттера происходит изменение полярности падения напряжения на объемном сопротивлении базы (рис. 4.44).
При этом скачкообразно уменьшается значение тока коллектора, так как /К = ( б КБ — СЗ //2) //Сн ° (4.17!) Одновременно начинается процесс рассасывания неосновных носителей заряда, накопленных в базе транзистора. В первый момент после изменения направления тока эмиттера граничные концентрации неосновных носителей в базе около р-и-переходов эмиттера и коллектора велики: они превышают значение равновесной концентрации неосновных носителей. Поэтому сопротивления этих переходов для обратных токов оказываются очень малыми.
Значения обратных токов эмиттера и коллектора определяются в основном сопротивлениями во внешних цепях н ЭДС источников питания. Граничные концентрации неосиовных носителей в базе около р-и-переходов ие могут мгновенно после переключения входа транзистора уменьшиться до нуля. Это соответствовало бы бесконечно большим градиентам концентрации неосновных носителей заряда в базе около р-п-переходов и бесконечно большим токам, чего практически быть не может из-за конечных значений сопротивления во внешних цепях транзистора. До тех пор пока в процессе рассасывания граничные концентрации иеосиовиых носителей заряда в базе около р-п-переходов ие уменьшатся до нуля, обратные токи через соответствующие р-и-переходы будут оставаться постоянными, т.
е, токи эмиттера и коллектора будут неизменными, пока транзистор будет находиться в режиме насыщения. После уменьшения граничных концентраций неосиовных носителей заряда в базе около переходов до нуля будут уменьшаться со временем токи эмиттера и коллектора, так как процесс рассасывания иеосиоаиых носителей заряда из базы продолжается и уменьшается абсолютное значение градиентов концентрации иеосновиых носителей заряда около соответствующих р-п-переходов. Изменения в распределении иеосиовиых носителей заряда в различные моменты времени процесса рассасывания показаны иа рис. 4.43,г. Интервал времени между моментом подачи иа вход транзистора запирающего импульса и моментом, когда ток коллектора достигнет заданного уровня (например 0,91к„„), называют временем рассасывания для биполярного транзистора Гм,.
Интервал времени между моментами спада выходного тока от зиа. чения, соответствующего 90% его амплитуды, до значения, соответствующего 10% его амплитуды, называют временем спада для биполярного транзистора 2,„(см. рис. 4.43, б). Интервал времени между моментом подачи на вход транзистора запирающего импульса и моментом, когда ток коллектора достигнет значения, соответствующего !0% его амплитудного значения, называют временем выключения биполярного транзистора Г, „„.
Время рассасывания, время спада и соответственно время выключения транзистора зависят от амплитуды импульса прямого включающего тока эмиттера, от ЭДС источника питания и сопротивления нагрузки в коллекторной цепи, а также от частотных свойств транзистора. Увеличить быстродействие транзистора, работающего в качестве электронного ключа, т. е. уменьшить время рассасывания, можно путем введения в кристалл полупроводника примесей рекомбииациониых ловушек (золото для кремния). При этом будет уменьшено время жизни иеосиовиых носителей заряда. Однако наряду с увеличением быстродействия в таких транзисторах, во-первых, будут меньше коэффициенты передачи тока из-за более интенсивной рекомбинации неосновиых носителей заряда в базе.
2бб Во-вторых, у них будет больше обратный ток коллектора и эмиттера из-за более интенсивной тепловой генерации носителей заряда в коллекториом и эмнттериом р-п-переходах, а также в прилегающих к этим переходам областях. Более удачным методом повышения быстродействия транзистора, работающего в качестве электронного ключа, является шунтирование коллеиторного перехода диодом Шатки, в котором при прямом смещении отсутствуют иижекция неосновных носителей заряда и их накопление. Структура и принцип действия такого транзистора с диодом Шатки будут рассмотрены в 5 7.4, так как наибольшее распространение такие транзисторы получили в интегральных микросхемах.
Схема с общим эмиттером В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, при работе иа импульсах с большой амплитудой происходят те же процессы накопления и рассасывания неосиовиых носителей заряда в базе. На рис, 4.45 показаны временнйе зависимости тока базы и тока коллектора при включении трап- 1, зистора по схеме с общим эмиттером. д Особенностью временной зависимости в этом случае по сравнению с к>гг 1 аналогичной зависимостью тока коллектора в схеме с общей базой яв- 1кккс ляется скачкообразное увеличение тока коллектора при перемене направления тока базы с 1к, до 1к,.
д21 Входному в лючающему току 16! со- ' ~~ д г ответствует отрицательный потенциал базового вывода (1„по отио- ркк 4,4ь, временные зкккскншеиню к общему эмиттериому выво- стк тока бкзн (а) к тока кол. ду (рис. 4.46). Поэтому пренебрегая л'к''гк (б) крк работе тгкк. сопротивлением транзистора в режи схеме с ьбыкн эккггерон ме насыщения, Выключающему току базы 1кк соответствует положительный потенциал базового вывода (1„, поэтому, также пренебрегая сопротивлением транзистора, который еще находится в режиме насыщения, получаем 1к=(а„+ ик )/)1..
Изменение тока коллектора в момент переключения входа транзистора в схеме с общим эмиттером обычно небольшое по сравнению с изменением того же тока в схеме с общей базой. Качество работы транзистора в схеме электронного ключа оценивают ие только по параметрам, харантеризующим ииер- 26! ционность процессов в транзисто-р гк ре при его переключении (время задержки, время нарастания, время и ьь рассасывания, время спада), но и по параметрам, характеризующим 0 выходное и входное сопротивления транзистора в режиме насыщения. Важнейшим из ннх является напряжение насыщения коллектор— эмиттер (/кэиис — напряжение между выводамн коллектора и эмнттера транзистора в режиме насыщения при заданных токах базы н коллектора. Рнс. 4.46.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
