Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Чем меньше толщина базы, тем эта доля больше. Значит, при неизменном токе эмнттера модуляция толщины базы приводит к изменениям тока коллектора. Соответственно коэффициент передачи эмнттерного тока оказывается функцией коллекторного напряжения, а коллекторный переход имеет конечное дифференциальное сопротивление. Во-вторых, модуляция толщины базы сопровождается изменением заряда дырок в базе; иначе говоря, имеет место зависимость заряда от коллекторного напряжения, т.
е. коллекторный пере- ход обладает некоторой диффузионной емкостью дополнительно к обычной барьерной. В-третьих, модуляция толщины базы меняет время диффузии дырок через базу; тем самым коллекгорное напряжение влияет .на частотные свойства транзистора. В-четвертых, поскольку тепловой ток э м и т т е р н о г о перехода 1,о при тонкой базе обратно пропорционален ее толщине (см. (2-366)), напряжение 0„, модулируя толщину базы, модулируег также ток 1,о, а вместе с иим согласно (2-33) всю вольт-амперную характеристику эмиттерного перехода.
Следовательно, если одна из входных величин (1, нли 11,) задана, то вторая оказывается функцией коллекторного напряжения (рис. 4-8) х. Такое влияние разумно назвать внутренней обратной связью по напряэкен иго. 4-3. СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА Выше была рассмотрена идеализированная модель транзистора. Идеализация заключалась не только в том, что модель считалась одномерной, но н в том„что не учитывались объемные сопротивления слоев. Сопротивления слоев эмиттера и коллектора существенны только в некого- 1 рых ключевых режимах (см. + — — + гл. 15).
Сопротивление же э (е гл,-- — к базы существенно почти во ' ' ' т всех случаях„ио, чтобы не усложнять предварительный Б анализ, будет учтено позднее, Рис. 4-9. эквиеалентная схема идеалиаи- Формулы Молла — Вбер рованного транзистора са. Приступая к выводу основных характеристик, примем еще одно упрощение, а именно пренебрежем эффектом модуляции толщины базы вместе с его след'ствиями. Тогда для транзистора можно принять такую эквивалентную схему 157), которая показана на рис.
4-9. Здесь каждый из переходов изображен в виде диода, а взаимодействие их отражено генераторами токов. Так, если эмиттерный переход открыт и через него протекает 1д, то в цепи коллектора, как известно„ будет протекать несколько меньший ток, поскольку часть инжектированных носителей рекомбинирует. Этот меньший ток обеспечивается на схеме генеРатоРом огн1„где ан < 1 — коэффиЦиент пеРедачи элгиттеР- нг®> тока.
Индекс у означает нормальное включение транзистора. Вози триод работает в инверсном включении (положительное смен""' "" *Р Р "' " 'Рч." Р У Е общем случае, когда источник смещения в цепи амнттера имеет конечное сонротяяление, иаиеиения ох влияют и на ток 1е, и ив напряжение у . (4-2а) (4-За) коллекториому току 1, соответствует эмиттериый ток а,1„вытекающий из эмиттера. Коэффициент а, есть коэффис(мент передачи коллекторнога ппжи, а индекс 1 означает ииверсиое включение ', Таким образом, в общем случае токи эмиттера и коллектора складываются из двух комаоиеитов: иижектируемого (1, или 1Д и собираемого (а;1, или ан1>)1 1> 11 а11я (4-1а) 1„= ~~1~ — 1,.
(4-16) Связь иижектируемых компонентов с напряжениями иа переходах такая же, как и в отдельном диоде, т. е. в простейшем случае выражается формулой (2-33) '. 1> = 1;з (е ог — ! ); ая 1з = 1 о(е е г — 1>. (4-2 5) Здесь 1е и 1'„, — тепловые токи эмиттериого и коллекториого диодов, измеряемые соответственно при бх = О и (1, = О. Тепловые токи 1;, и 1~ выразим через такие величины, которые обычно задаются в технической документации иа транзистор, а именно через токи 1„ и 1„, измеряемые соответственно при 1„ = О и 1, = О. Оборвем цепь эмиттера и подадим иа оставшийся еколлекториый диод> достаточно болыпое запирающее напряжение Ф,) ~ срг.
Коллектариый так, который при этом будет протекать, обозиа. чим через 1„и назовем теплаеым токогн коллекпюра в соответствии с терминологией для диодов. Происхождение этого тока было рассмотрено в связи с рис. 4-5, д. Теперь легко выразить ток 1„', через ток 1,е. Из формулы (4-1а) при 1, = О получаем: 1, = а,1,1" из формулы (4-26) при 1(1„);~ срг получаем: 1, = — 1„'>„Подставляя эти зиачеиия в (4-16) и полагая 1, = 1„„получаем: !>О аь г Обозначив ток эмиттера при балыиом отрицательиом смещении (1(7,1,л.
>Рг) и оборванном коллекторе через 1,е (рсеплоеай ток элиттера), аналогичным путем получим ': 1 — а сс ' (4-36) 1 — а сс х Различая коэффициенты передачи (а в дальнейшем н тепловые токи) для нормального и инверсного включений, мы косвенно учитываем неодномерность транзистора — его асимметрию, хотя в кюкдом из включений считаем движение носителей по-прежнему одномерным. з Более общие формулы (2-73) и (2-79б) действительны только при прямых смещениях. 3 Поскольку ток 1,> вытекает из змиттера> в выражении (4-1а) следует считать !з= — 1>з Подставив токи 1, и 1, из (4-2) в соотношения (4-1), найдем виснмости 1, (У,; ((,) и 1„(0,; 11,), т. е.
статические вольт-ампер- ные характеристики транзистора: по ок (4-4а) (4-46) Запишем еще ток базы, равный разности токов 1, и 1„: (ы иа 1з =-(1 — атт) 1оо ~е ~т — 1/+(1 — ат) 1ко (е ~т — 1). (4-4в) Формулы Молла — Эберса (4-4), несмотря на их приближен- ность, очень полезны для анализа статических режимов, так как хорошо отражают основные особенности транзисторов при лизбых сочетаниях напряжений на переходах т.
Можно показать, что в транзисторах выполняется соотношение ам(.о = ат(ко, (4-5) которое позволяет упрощать формулы (4-4) и выводы из них. В част- ности, поскольку значения ам и ат различаются не очень сильно, в первом приближений можно полагать 1„— 1вм хотя в прин- ципе 1,о < 1„ Идеализированные статические характеристики. В гл. 2 было показано„что задать прямое н а п р я ж е н и е на р-л переходе трудно, Поэтому в большинстве случаев целесообразно считать заданной величиной эмиттерный ток, а не эмиттерное напряжение. Выражая двучлеп ео ~"т — 1 нз формулы (4-4а) и подставляя его в (4-46), получаем: 1з = атт1о — 1., (е о)от — 1). (4-6) Это выражение представляет собой семейство коллекторных характеристик 1„(0„) с параметром 1,.
Такое семейство показано на рис. 4-!О, а. Семейство эмиттерных характеристик (1, (1,) с параметром У, получается нз выражении (4-4а), если разреп|ить его относительно (),. Используя соотношение (4-6), получаем: Г1, (l, = <р т 1п ~ ° + 1 + атт (ео к1" т — 1)1, (4-7) г 1оо Эмиттерное семейство характеристик показано иа рис. 4-10, б. т Применительно к кремниевым транзисторам нужно иметь в виду следу- юнше особенности: 1) формулы (4-4) недействительны для режима отсечки, таи как тепловые токи не являются главными составляющими обратнык токов крем- ниевых переходов (см.
$ 2-б); 2) соответственно тепловые токи нельзя измерить тня методом, который описан вьзпе; их рассчитывают по п р я м о й характери- стике, измеряя токи и напряжения с высокой точностью; 3) при токе базы от ! мкй н выше в формуле (4-4з) следует заменить <рт на ),йф~ ~к Се~в + ~кб О.
=в(т1п —,' . (4-8) (4-9) Рис. 4-10. Статические характеристики идеа- лиаироиаиио~о траиаистора. а — коллекториие; б — виитеериые. Б формуле (4-8)„широко используемой иа практике, для простоты .опущен индекс Ф при коэффициенте сс, а при выводе формулы (4-9) для простоты положено 1 — ссм = О, что вполне оправдано, если 7, ~», г;а. Характеристики на рис. 4-10, а являются эквидиставтными.
Эквидисгантность характеристик обусловлена принятым при построении постоянством параметра а. Реальные характеристики, как увидим позднее, иеэквидистантны, так как сс зависит от тока. Кроме того, реальные характеристики имеют конечный наклон, обусловленный не учтенным в формулах (4-4) сопротивлением коллекторного перехода (следствие модуляции толщины базы). Относительно эмиттерного семейства (рис. 4-10, б) можно сделать следующие замечания. Кривая с параметром (I„= О, естественно, является обычной диодной характеристикой. При значениях Ук > 0 кривые сдвигаются вправо и вниз в связи с нарастанием собираемого компонента эмиттерного тока.
При малых значениях Ук < 0 кривые очень незначительно смещаются влево и вверх. Если же Фк1 ~ трг, то влияние коллекторного напряжения практически отсутствует. На реальных характеристиках, как увидим ниже, влияние отрицательного напряжения О, тоже невелико, но все же имеет место при любы х значениях (т', из-за внутренней обратной связи по напряжению (следствие модуляции толщины базы). Реальные статические характеристики. В формулах Молла— Эберса не учитывается целый ряд факторов, таких, как эффект Эрли, пробой перехода, зависимость се от тока и др. Поэтому характеристики на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
