Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 106
Текст из файла (страница 106)
Однако учет етого изменения сильно осложняет анализ; целесообразнее пользоваться усредненным значением т„, близкой к инверсному вре. вени жиэяи, измеренному при соответствующем токе. з для несимметричного транзистора постоянная времени т„выражается более сложной формулой; кроме того, в правей части уравнения заряда появляется дополнительное положительное слагаемое, пропорциональное току Ук,„и за- висящее от коэффициентов инжекции, й диффузионном приближении накопленный заряд можно оценить по фор. муле (2-84), заменяя р (О) на л (б) и щ на юк.
Однако на самом деле в слое коллек. тора имеется электрическое поле, обусловленное напряжением 1кгкк, причем дрейф носителей яод действием етого поля оказывается более существенным, чем диффузия их. С учетом дрейфа оценка неравновесного заряда ЬОкк согласно ()571 приводит к выражению Фэгак ЬЯ~, — г)3кл (О) †. 1кгкк Основная доля заряда обычно накапливается не в активной, а в пассивной области коллектора, т. е.
в области, расположенной вне проекции эмиттерного перехода на коллекторный (рис. 4-36). В целом за- рх ряд коллектора может существенно и) г Г рт 1хе превышать заряд базы. Накопление коллекторного заряда происходит в течение того времени, когда граничная концентрация р (ге) повышается от нуля до установившегося значения (см. рис.
15-10), т. с. с постоянной времени хк. чгр рассасыив и не носителей. Пусть в некоторый момент времени входной ток ключа скачком умеиыпается от поло- Хает жительного значения 1е, до отрицательного значения (ев (рис. 15-15, а) *. е» Отрицательный перепад тока овна- чает «отсос» заРЯДа, и потомУ послеД- э) 1„ Рр ний, есте-.венка, начинает уменьн1ать- в ся.
Однако, как и в заряженной емкоРис, )5-!5. Рассасывание но. Стн, ЗаРЯД НЕ МОжст ИЗМЕНИТЬСЯ СКаЧ- сителей в базе. ком, не может мгновенно измениться и распределение зарядив базе. Следовательно, в течение некоторого времени граничные концентрации дырок у обоих переходов оста- ются выше равновесной концентрации и напряжения (l, и (/к со- храняют небольшую положительную величину.
Очевидно, что ток коллектора при этом практически не меняется, а ток эмиттера уменьшается скачком в начальный момент на величину Л1, = Л(а, а затем остается неизменным. Все указанные процессы объединяют названием стадии рассасывания. Главное внешнее проявление втой стадии состоит в задержке начала фронта относительно мо- мента поступления запирающего сигнала (рис. 15-15, е). Эта за- держка характеризуется врехгенеэи рассасывания (р — специфичным и важным параметром ключевого режима транзйстора.
" Ток 1«в может быть и положительным, но должен иметь значение 1ев < к. 1«.к(р, достаточно малое для выхода транзистора из насыщения. Однако при положительном токе 1а транзистор не может з а не реться, т. е. вер- нуться к исходному состоянию. поэтому случай 1ев ( 0 (рнс. )545) более типичен. а — входной твк; б — вврвд в авве; в — твк нагрузке. Лля анализа процесса рассасывания воспользуемся опять уравнением заряда, но в форме (15-28а), в которой учтен отличный от нуля начальный заряд.
Подставив ток !ев н заменив т на т„, получим изображение заряда ' аО (О)+уса а+в та которому соответствует оригинал (!(!)=(!(0)в '+7азт„'(1 — е 'а). (15-42) расписывание закончится тогда, когда и з б ы т о ч н ы й заряд в базе исчезнет и будет иметь место равенство 9 = Ю,к Подставив 9,р в левую часть (15-42), легко найти время рассасывания в следукицем общем вице; ! =т )пЮ(0) — )ее~а (15-43а) ~" "а, — )аатв ' Используя выражения (15-41) и (15-27) соответственно для Я (О) и Я, и полагая в последнем т = т„, выразим время рассасывания через управляющие токи: га~ (15-435) )бт () Здесь 1„— длительность отпирающего сигнала !ьь Если зта длительность значительно превышает величину г„, получается более простая формула: у„= т„1п (15-43в) )юн — '-уев Вта формула широко применяется на практике, причем нередко забывают, что ее справедливость ограничена достаточно длинным отпирающим импульсом.
Вводя в формулу (15-43в) величину запиракнцего импульса Луа = уа, — уа, и используя определение степени насьпцения (15-8), можно привести время ур к виду ! = — т„1п ~1 — — '~. )у)юв раув т Мы не вводим специваьиого индекса для постоянной времени рассасывания, хотя она значительно (иа 20 — 2бть) меньше, чем постоянная времени насыщения. Различие объясняется тем, что накопление начинается при малом заряде в базе, а рассасывакие — при большом, когда поверхностная рекочбинация играет значительную роль. Таким обрааом, постоянную времени тв следует измервть раздельно прв оширании и запираиии ключа.
В случае с и л ь н о го запираккцего сигнала выполняется условие ' Л1б~ — ",""; (15-44) тогда, разлагая логарифм в ряд„получаем упрощенное выражение для времени рассасывания: Р () А)б (15-45 а) Из этого выражения особенно ясно видно, что время рассасьгвания и связанная с ним задерзска уменьшаются с увеличением заяираюи(его сигнала и уменьшением степени насьш(ения. Последнее обстоятельство делает нежелательными большие о т и и р а ю щ и е токи 1бм выгодные с точки зрения длительности положительного фронта.
ПолагаЯ И =()1б,11,л (что вполне спРаведливо пРи Аг > 3) и подставляя это значение У в (15-45а), получаем выражение 'р "Ф (15-455) из которого следует, что при с и л ь н о и сигнале и достаточной степени насыщения время рассасывания практически не зависит от величины р. Если Гн' = 5; Л«'б 2 мА, а значения т, 11 и Ук.н те иге, что и в примере к формуле (15-35), то нз (15-45а) получаем Гр = 0,5 мкс — величину в 2,5 раза болыпув, чем Г+. Для того чтсбы сделать Г = Я, потребуется запирзкнпнй сигнал Ыб --5 мА, т.
е. ток гбз —— — 4 мА (если 1бг — — 1 мА). Во всех предшеств)тощих выводах подразумевалось, что отрицательный запирающий ток 1гз достаточно мал по сравнению с коллекторным током насыщения. Только при таком условии можно считать, что в процессе рассасывания кривая распределения (см. рис. 15-10) «сползает» вниз, приблизительно сохраняя свою форму, Если же ток 1бн близок к 1 „или болыпе его, проведенный анализ будет неточным или даже качественно неверньпя. В самом деле, если 11б 1 > 1кн, то ток эмиттера будет в процессе рассасывания отрицательным: 1а 1«.н+ 1бз "~ ~(). Это значит, что оба тока (1, и 1к) в ы т е к а ю т из базы, унося избыточный заряд. Соответственно кривая распределения концепт« В самом деле, за время рассасывания заряд в базе меняется на величину Гк.
н) Мгк. н А11 Юбг («гр 11бт р 1 т й" подставив зто значение 611 в условие для сильного сигнала (15-31а), получи«г неравенство, приведенное в тексте. Рис. 15-16. Распределенне неоснонных носителей а базе при поступления сильного запнрающего сигнала. а — в ~во«од рассаомванин; Π— в конце нормального рвссасмваиия; и — в «оицв инва»оного рассаамваиин. рации не будет монотонной, а будет иметь максимум (рис. 15-!6, а).
С уменьшением заряда кривая р (х) опускается. При этом могут быть два основных случая в зависимости от соотношения юков 1, и 1„, т. е. от того, у какого из двух переходов избыточная концентрация раньше падает до нуля — у коллекторного (рис. 15-16, б) или у эмнттерного (рис.
15-16, в). Первый случай (норлгальное или коллеклюрмве рассасывание — рис. 15-16, б) в общем охватывается ранее приведенным анализом, хотя граничный заряд Я,р будет меньше, чем следует из формулы (15-27) (см. пунктир- а) Ра Рк ааьак В) Ра Рк а«~«к а Инверсное рассасыаанне особенно характерно для дрейфовых транзнсторсв, поскольку у ннх прн отрицательном эмнггерном токе дрейфоаая составляю. щая этого тока сохраняет прежнее и о л о ж н т е л ь н о е напрааленне, а следоаательно, диффузионная (отрицательная) составляющая должна быть значительно больше. Соотаетстаенио больше должен быть ц о л о ж ~ т е л ь н ы й градиент концентрацнн вблизи эмнттера, В) ную кривую на рис.
15-16, б). Однако это отличие чисто количественное и не очень сутцественное, гак как величина Я,э, во-первых, стоит под логарифмом и, во-вторых, складывается с величиной г'аат„, которая обычно значительно больше, чем Я„р. Второй случай (инверсное или влгипппернве рассасьжакие — рнс. 15-16, в) означает выход транзистора из насьицення «через эмнттер», а не «через коллектор», как считалось до сих пор '. Это приводит к некоторым специфическим явлениям, которые будут рассмотрены ниже прн анализе отрицательного фронта. Оценим время 11 при инверсном рассасывании, учитывая, что после выхода из насыщения транзистор окажется в инверсном активном режиме (см.
й 15-1), в котором коллектор смещен в положительном направлении, а эмнттер — в отрицателыгом. Следовательно, граничный заряд в данном случае можно записать по аналогии с (15-27) в следующем виде: (15-46) Здесь 1, = ! 1„и + 1з, ! — ток эмиттера в период инверсного рассасывания и в момент выхода из насьпцения. Поскольку остальные величины в формуле (15-43а) не зависят от характера рассасывания, легко получить время рассасывания, 1рг, заменяя в формулах (15-436) и (15-43в) р на Рг н ток ),н на ток — (у„н + 7за).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
