Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 107
Текст из файла (страница 107)
В результате, например, для д л и н н о г о отпирающего импульса из формулы (15-43в) найдем: гш — (ю (,=та1п «.я бз а (7эз~ У а(1+-~) (15-48) Для симметричного бездрейфового транзистора (с одинаковымя площадями змиттера и коллектора), у которого рг = ~л, вместо (15-48) будем иметь условие ( (эз ( ) 2»'„л. Это вполне естественно, так как именно прн этол» условии получится 11» 1 ) 7«л. В предыдущих разделах, говоря о накопленви заряда в базе и граничном заряде (15-27), мы подразумевалв активную обэасть базы (см. с. 176 и рис. 4-14, где активной является область (). Между тем избыточный заряд, несомненно, накапливается и в пассввных областях базы, как видно нз рвс.
)5.7 и !5.|2, причем «пассивный» заряд, как правило, много больше «активного». С учетом «пассивного» заряда время накопления будет определяться той же формулой (15-39), ио с несколько другой постоянной времени т„, учитывающей рекомбинаппю н объеме и на поверхносги пассивной части базы. Что касается рассасывания, то оно с учетом заряда в пассивной области базы может иметь некоторую специфику 1(ба). А именно «активный» заряд при сильном запирающем токе довольно быстро уходит иэ базы через р-и переходы, тогда как «пассивный» заряд частично рекомбинирует в той области, где он находится,а частнчнодиффундируетв активнуюобласть, пополняяеезаряд, Поскольку диффузия происходит сравнительно медленно, наряд, накопленный в «далекой» пассивной области базы, может сохраниться до тех пор, когда в активной области рассасывание уже закончилось и оба перехода заперты.
Последующая диффузия остаточного, «задержавшегося» заряда кэ пассивной об»асти в активную может вызвать повторное отпирание транзистора и соответствующий ложный импульс в коллекторной пепи. Такое явление «самооткрывання» иногда наблюдалось у транзисторов с большим объемом базы при высокой степени насыщения и особенно прв повышенной температуре, когда увеличивается вреыя жизни.
Время рассасывания с учетом «пассивного» заряда рассчитывается по прежним формулам, но с использованием постоянной времени т„, свойственной пассивной области базы. В случае дрейфовых транзисторов (см. Рис. 4-36) объем активной базы весьма мал по сравнению с объемами пассивной базы и коллектора (где тоже происходит накопление носителей, см. предыдущий Раздел), Поэтому у дрейфовых транзисторов обычно можно пренебРечь зарядом в активной базе и считать, что время 1р соответствует Рассасыванию лишь «пассивных» зарядов. Тогда анализ, выполненнмй в работе [1571, приводит к выводу, что формулы (15-43) остаются в силе, но постоянную времени т„следует заменить на т„'. При толстом слое коллектоРа (гп„> 2» а) Очевидно, что инверсное рассасывание имеет место при выполнении неравенства 1'г ( (ю откуда с помощью выражений (15-43в) и(15-47) получаемследующееу с л о в и е и н в е р с но го р а ссасывания: при тонком коллекторе (тб, < 0,51.„) '= ('+В/('+ — '-,'-".)- В обоих выражениях а, — толщина пассивной базы (см.
рис. 15-7), а индексы «к» относятся к коллекторному слою. У )вэейфовых транзисторов процесс рассасывания может осложивться тем, что при достзточно большом зэпирвюшем токе «'ээ рэссэсывэнне основного ээрялэ иэ активной и пассивной областей базы зэкэнчивэется весьма быстро, э «зэдержэвшийся» заряд электронов, накопившихся в ко л л е к то р е (см. с. 432), и«ступня в бэзу, может вызвать такое же повторное «сэмооткрывэниез транзистора, кэкое описано выше применительно к заряду пассивной базы. Для того чтобы избежать этого явления, нужно обеспечить достаточную длительность зэпнрэюшего импульса.
В рабате 1)571 показано, что если основная часть ззрядз накапливается в п э с с и в н о й области коллектора, то миннмэльное время, необходимое для перехода этого заряде в базу, состэвляег. при тонком коллекторе (м«< В 55«) Ф- 5«) ~~к в при толстом коллекторе (ге„) 25«) Г «в ~ 2 3 — ". 2,3«э. э Кэк видим, сгруктурэ ншх выражений примерно соответствует либо времени диффузии (при тонком слое), либо времени рзссзсывэння зз счет рекомбинации (при толстом слое). Отрицательный фронт.
Рассмотрим сначала простейший случай, когда емкостями С„и С„можно пренебречь, а запирающий ток ) (г„( значительно меньше тока насыщения 1„„. В этом случае заряд в базе меняется под действием тока !ээ по тому же закону (15-42), что и на предыдущей стадии. Однако величина заряда, разумеется, не может достигать асимптотического значения — ) (ээ ) т, так как заряд дырок всегда положителен. Поэтому процесс формирования отрицательного фронта заканчивается, когда (;) = 0 (рис. 15-17, а).
Таким образом, в уравнении (15-28а) начальным условием нужно считать (~ (О) = 9„р, а в полученном решении вида (15-42) следует положить Я ((е) = — О. Тогда время отрицательного фронта после подстановки (15-27) оказывается равным: ««.э —" — «'«и (ф=т1п (15-49а) При с и л ь н о м запиракдцем сигнале, когда 1 7ээ ! ь 7 „г'р, можно разложить логарифм в ряд и получить упрощенное выражение: КН (15-495) () — гге' оно соответствует л и н е й н о м у изменению заряда. Поскольку транзистор на данной стадии работает в активном режиме, ток Рис.
1Ь-!В. Распределение неосновнмх носителей в бане при аапирании трантистора. Рис. !5-17. Формирование отрицательного фронта в упри. щенном виде. и — нарна н баас; и — тон коллектора; а — нолланторное наорнжанне. причина неточности формул (15-49) заключается в изменениях постоянной времени и предельного значения 1б, в о в р е м я и ер е х од н о г о п р о ц ее с а. Рассмотримзту причину на примере симметричного бевдрейфового транзистора, у которого в режиме насыщения распределение дырок в базе близко к линейному (рис. 15-10).
При с и л ь н о м запирающем сигнале это распределение может стать нелинейным уже на стадии рассасывания (см. рнс. 15-16). Но даже при сравнительно слабом сигнале распределение неизбежно оказызаетсянелинейнымв пределах отр ицател ьно го ч Р о н т а, когДа ток 1„УменьшаЯсь, ДелаетсЯ близким к ! 1бн ~, в ток 7, = 1„— ~ 7б ~ — близким к нулю (рис. 15-18, кривая 1). Еще большая нелинейность получается в дальнейшем, когда ток гн Стаипинтея МЕНЬШЕ тОКа ! 1ба 1, а тОК 1, дЕЛаЕтея ОтрИцатЕЛЬНЫМ (рис. 15-18, кривая 2). Такого рода нелинейное распределение означает, что данному току соответствует заряд, значительно меньший, чем следует ив выражений (15-25) (пунктирные линии на рис. 15-18).
коллектора изменяется пропорционально заряду и за время 1- уменыпается ат 7„ = 1„н до 1наж 0 (рис. 15-17, б). Соответственно напряжение У„возрастает от О, ж 0 до У„ж Ен (рис. 15-17, а). Заменяя в (15-49) параметр т на т„, можно учесть влияние коллекторной емкости и сопротивления нагрузки [см. (15-32а)). В тех типичных случаях, когда запирающий ток 11б 1 сравним с током насыщения 7 н и больше его или когда существенна емкость нагрузки, процесс вапирания ключа развивается сложнее.
Положим сначала, что емкость Сн по-прежнему равна нулю, но ток ! Убн ! составляет заметную долю тока 1 „. Тогда главная Значит, начиная с тока 1, = ~ 1а, 1, коэффициент пропорциональности между зарядом и током в формулах (15-25) уменьшается; соответственно ток 1„изменяется медленнее, чем заряд. Нарушение пропорциональности между током и зарядом можно приписать уменьшению зэффективнойз толщины базы при отрицательных токах змиттера, в результате чего уменьшается параметр Г, в (15-25а) и растет параметр Р в формуле (15-25б). Такая интерпретация оправдана формой кривых распределения (рис.
15-15): с ростом тока 1 1. 1 протяженность каазилинейного участка между максимумом и коллектором действительно уменьшается, стремясь к и/2. Когда концентрация дырок у эмиттериого перехода падает до равновесного значения (рис. 15-18, кривая д), напряжение (l, делается равным нулю. После этого эмиттерный переход работает с отрицательным смещением, как и коллекторный, и уменьшаются оба тока: 1„ н 1 1, 1 (рис. 15-18, кривая 4). Следовательно, начиная с этого момента уменьшается и пж базы, равный нх сумме. Этап, на котором оба р-и перехода смещены в обратном направлении, но в базе (в отличие от статического режима) имеется некоторый остаточный заряд, назовем этапом динамическог) отснчгси транзистора. Этап динамической отсечки характеризуется а з т о н о ин о с т ь ю процесса запирания: все три тока уменьшаются на этом этапе по одному и тому же закону н е з а в и с и м о от напряжений и сопротивлений во внешних ц е п я х э л е к т р о д о в '.
Закон изменения — экспоненцнальный: 1(1)=I(0)е " «, где теы — постоянная времени отсечки, а время отсчитывается от момента, когда (l, = О. В этот начальный момент ток 1е (О) еще сохраняет значение 1аз, а токи 1, (О) и 1„(0) для симметричного трэнзистора близки к значению т1 1 1а, 1, причем ток эмиттера имеет отрицательное значение (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
