Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 104
Текст из файла (страница 104)
(15-13б)!. Обычно )т, составляет несколько ом. мальным включением обеспечивает меньшие ток 1с и напряжение 11с. Такой ключ часто обозначают буквами ОК, хотя в данном случае эмиттерный переход работает с о т р и ц а т е л ь н ы м смещением, что не соответствует определению включения ОК (рис. 4-3). Поэтому ниже мы будем ставить обозначение ОК в кавычки. В ключах «ОК»ток 1с есть ток эмиттера при запертых переходах, когда на базу задано положительное смещение Еб, а сигнал (l,„< Еб. Используя выражение (15-1а) и вводя, как в схеме ОЭ, сопротивление 1«„ получаем: б 1с= — — 1 б — —. рн (15-19) Напряжение 11с можно найти, замекив в формуле (15-10а) ток 1, на-1, — 1« и подставив 1, = 1с, где 1с < О.
КРоме того, поскольку (1,„= — У„„нужно изменить знак в формуле (15-10а). Тогда ан (1«+1 ~1'~~+ 1«Р~) (1с=«рт1п 1 +1 1 (ь+р (15-20 а) Поскольку ~н»рь напр жение Ус в ключе «ОК» получается по крайней мере на порядок меньше, чем в ключе ОЭ, по, конечно, является большим преимуществом первого. Следует, однако, иметь в виду, что значения р в области малых токов могут существенно отличаться от номинальных, особенно у кремниевых транзисторов 6 4-6). Сопротивления 1«, и 1«, в ключе «ОК» можно считать такими же, как в ключе ОЭ. Формулы (15-15) и (15-20) не учитывают падения напряжения в сопротивлениях слоев т„(для нормального включения) или г«« (для инверсного включения «ОК»).Между тем эти падения напряжения (особенно на сопротивлении т ) могут быть существенными, поскольку через указанные сопротивления протекает не только сравнительно малый выходной ток, но и значительно больший управляющий ток базы.
Таким образом, более точными выражениями будут: '~т+1 ~г для нормального включения и (15-21 а) ! «1с 1= + 1бт«« Ь. (15-216) для инверсного включения («ОК»). Практически, как и в схеме ОЭ, можно пренебречь последними двумя членами в числителе и знаменателе и получить упрощенное выражение: 1(1с! (15-20б) Рк ' Пусть. например, используется транзистор с параметрами Р,т — — 50, [)! = 5, г = 1 Ом, г„„= 10 Ом и пупгь /а — — 1 мй. Тогда фг/рг = 5 мВ, /ег = 1 мВ, «рг/[)т« = 0,5 мВ и /зг = 10 мВ.
Как видим, прн нормальном включении «омическая поправка» не очень существенна, тогда как при инверсном включении она является основной составляющей остаточного напряжения. В результате последнее оказывается для инверсного включения («ОК») больше, чем для нормального (ОЭ). фг/с б. опт [ (р (15-22) Для инверсного включения нужно заменить г„на г и поменять индекс при коэффициенте р. Очевидно, что оптимальный ток при инверсном включении будет меньше, чем при прямом. Обычно значение /з „ лежит в пределах от долей миллиампер до нескольких миллнампер. Заметим, что формула [15-22) является весьма приближенной, так как при ее выводе не учитывались зависимость р (/з), а также особенности высокого уровня инжекции. Последний фактор проанализирован в статье [1501.
Результатом является замена лннейаого соотношения // / в области больших токов [см. (15-21)1 соотношением (/с 1' /з. Для прерывателей, используемых в усилителях постоянного тока, исключительную роль играет стабильность точки с, в первую очередь стабильность напряжения [/с (ток /с для кремниевых транзисторов несуществен и его нестабильностью можно пренебречь). В 2 15-2 отмечалось, что температурный коэффициент напряжения [/»» очень мал, если ток /а заметно превышает тепловые токи. При этом, однако, не учитывались зависимости Р (Т) и г„, (Т) (послед няя — для инверсного включения «ОК»).
Учитывая, что параметры р и г»а увеличиваются с ростом температуры, приходим к выводу что результнру1ощая температурная чувствительность может иметь разные знаки в зависимости от тока базы, поскольку от него зависят значеяия р и /„г . Зтот вывод подтверждается на практике [15П: при токах базы, близких к оптимальному значению (15-22) температурная чувствительность может составлять всего несколько микровольт на градус, тогда как при ббльших и особенно меньших Из выражений (15-21) ясно видно, что напряжение (/с растет с у в е л и ч е н и е м тока /а. Однако в области малых базовых токов напряжение [/с растет с у м е н ь щ е н и е м тока /з, так как при этом транзистор постепенно выходит нз иасьпцения [см.
формулы (15-18а) и (15-20а)). Таким образом, функция (/с (/з) имеет минимум. В принципе этот минимум нетрудно найти, добавляя в правые части (15-18а) и (15-20а) соответственно члены — /зг„ и — !зг„„и дифференцируя по /е. В общем случае выражения получаются громоздкими. Они упрощаются, если пренебречь тепловыми токами (поскольку в прерывателях чаще используются кремниевые транзисторы) и положить ~л ~ рг + ! и /а ~ /с.
Тогда для нормального включения оптимальный ток базы имеет вид: Переходные процессы в прерывателях подчиняются общим законам динамики транзисторных ключей (см. й 15-5) н потому отдельно не рассматриваются. Некоторые особенностн переходных процессов, а также дополнительные сведения о прерывателях можно найти в монографии П511. 1а-4.
МЕТОД ЗАРЯДА Прежде чем анализировать переходные процессы в транзис- торном ключе, рассмотрим метод, с помощью которого такой анализ проводится гораздо проще, чем прн использовании уравнений непрерывности. В основе этого метода, называемого методом заряда 1153, 1541, лежит условие нейтральности базы (см. $ 1-7). Согласно этому условию в любой точке базы положительный н отрицательный заряды одинаковы н изменяются с одинаковой скоростью. В базе типа л попожнтельный заряд обусловлен донорами н дырками, а отрицательный — только электронами. Следовательно, исходя нз условии нейтральности, можно записать: Ю.+Ь =Ч-. Лнфференцнруя обе части по времени, получаем: аО, сЮ, лО. от су . д1 Здесь каждое слагаемое имеет размерность тока„н задача сос- тоят в том, чтобы установить связь этих слагаемых с теми токами, которые задаются прн расчете нлн могут быть вычислены. Изменение заряда доноров Я, связано с изменением толщины базы нлн, что то же самое, шнрнны переходов.
Иначе говоря, первое слагаемое равно сумме токов, перезаряжающнх барьерные емкости: кй„ли, бган, — =С вЂ” +С вЂ”. оэ ч Лу ч ач Изменение электронного заряда ()„ обусловлено тремя прнчн- вами: базовым током, рекомбннацней в базе н электронными сосгав- ляющнмн токов т, н 7„. Последнне всегда отрицательны, так как в процессе ннжекцнн электроны у х о д я т нз базы. Рекомбннацнон- ный ток тоже отрицателен, так как рекомбннацня приводит к умень- шению числа электронов. Поскольку речь идет о рекомбннацня н е р а в и о в е с н ы х электронов, нз формулы (1-516), ннтегрнруя по объему, легко получить для этого тока значение — ЛЯ~к, где Ля„ — неравновесный заряд электронов. Тогда в целом т ччч А'ча )б сй " т т Как видно, в с таино н ар пои режиме (дЯаЯГ= О) ток базы состоит из двух компонентов, один из которых обусловлен рекомбинапией, а второй— электронными потоками через переходы.
В песта и н она р н он режиме добавлЯетсЯ тРетий компонент (лЧчЩ, обУсловленный накоплением электРонов в базе. Первый член в левой части, а также ток )„в правой части не всегда существенны. Поэтому практически пользуются уравнением С,— „," + — + — =) кп„ (15-246) и еще более упрощенным его вариантом + ~61 ИЮ ск (15-24в) в которых опущены индекс р и знак Ь. Удобство выражений (15-24) заключается в том, что они в отличие от уравнений непрерывности представляют собой о б ы кн о в е н н ы е дифференциальные уравнения, решать которые проще: нужно знать только начальные условия. Практическое использование жегпода заряда подразумевает еще наличие простой связи между тем «внутреннимз параметром— зарядом, который получается из приведенных уравнений, и таким «внешним» параметром, как коллекторный ток, который обычно представляет главный интерес при анализе.
В активном режиме транзистора связь между неравновесным зарядом Я и током )'„содержится в выражениях (4-52) и (4-135). Запишем нх в следующем общем виде: (15-25а) где «) = О для бездрейфовых транзисторов, Переходя от времени пролета 1о/1+ т) к времени жизни т, можно записать (15-25а) в другой форме '. (15-25б) Эта форма соответствует наиболее распространенной схеме СЭ с усилительным параметром — коэффициентом р. Выражения (15-25) основаны на допущении о к в а з и с т а ц и о н а р н о м распределении заряда в базе; во время к о р о т к и х переходных процессов они дают большую погрешность. Поскольку любые возмущения «Связь между временем днффузнн (в общем случзе — временем пролег«) в временем жвзнн вытевзес нз соотвошенна (4-85) н (4-82).
Здесь /„ — сумма электронных токов через переходы, причем токи могут быть обусловлены как инжекцией электронов в смежный слой, так и рекомбинацней в области переходов. Подставляя полученные значения производных в (15-23) и учитывая, что ЬЯ„= ЛЯр, получаем следующее дифференциальное уравнение для неравновесного дырочного заряда: Я/, ~И'«Щр аОр С, д +С„д + — „+ — =«'« — )'„„(15-24а) ко1шентрацнй, происходящие вблизи эмнттера, распространяются до коллектора за время порядка с, можно считать грормулы (15-2б) действительными пияда, когда длительность ггереходных процессов превышает время раслросгпраненил носителей вдоль базы.
Для решения уравнений (15-24) необходимо знать начальные значення заряда. Обычно зтн начальные значения соответствуют стационарным условням, прн которых все з производные по времени равны нулю. Тогда получаем: ()= ?бт1 ('15-26) т. е. в стационарном режиме н е р а в- и о в е с и ы й заряд дырок пропорционален базовому току. Это важное соотношение действительно не только в активной областн, но н в области наськцення. На границе активной цбластн н обласгн насыщения, когда еще действнтельны формулы (15-25), граничный заряд имеет велич нну: (сгр~ р ~а. в~ (15-2?) Рпс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
