Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Это обстоятельство отражается в справочных данных 112, 661, в которых допустимое значение((l )„„всегда в 2 — 3 раза меньше допустимого значения(У„«)>,„. Следует, однако, иметь в виду, что такая разница предполагает з а д а н н ы й ток базы, т. е. бесконечно большое сопротивление в цепи базы. При малом сопротивлении )си разница уменьшается„ а при )сс = 0 она практически исчезает. Второй тип пробоя в схеме ОЭ является еще более специфичным и носит название эф41евхиа смыкания. В основе этого эффекта лежит расширение коллекторного перехода прв увеличении напряжения (7„Если слой базы достаточно тонкий, а напряжение Уи достаточно велико, то эмвттерный и коллекторный переходы могут «сомкнуться>, т.
е. толщина базы ш сделается равной нулю. При этом согласно (4-18) коэффициент переноса дырок делается равным единице. Соответственно резко возрастаег коэффициент р, и практически имеет место пробой транзистора. Если принять, что переход сосредоточен в базе, то напряжение смыкания (у определяется из условия (я = гио где 1„ — ширина коллекторного.
перехода, а гоо — толщина базы при нулевом коллекторном напряжении. Используя выражение (2-12) и переходя от концентрации примеси к удельному сопротивлению, нетрудно представить напряжение смыкания в следующем виде: (4-78) Если, например, р = 20 Ом.см игпе = 20 мкм, то для злектрокного германия получим (7 = Я) В. В зависимости от того, какая нз величин ((гр или (7 ) меньше, пробой будет иметь тот или иной характер. Внешнее проявление пробоя в обоих случаях одинаково, поэтому при (У ( с)р достаточно заменить на рис.
4-21 критическое напряжение ()а на (7 . Нетрудно заметить, что механизмы лавинного пробоя и смыкания тоже одинаковы и харзктеризуиптя выяолненнем условия (4-76). Анализируя лавинный пробой, мы считали а = сопэ1, т. е. пренебрегали зависимостью а ((Гч). Анализируя смыкание, мы считали М = 1, т. е. пренебрегали ударной ноннзаиией.
Учитывая обе зависимости гг ((гх) й м ((гэ), можно получить из условия (4-76) обшее выражение для напряжения пробоя в схеме ОЭ. В частных случаях ово переходит в выражения (4-77) и (4-78). Такой обший анализ аэтруднен, если показатель и в формуле (4-77) не равен 2, так кэк при этом получается неквадратное уравнение относительно напряжения. Но даже в случае нвадратного уравнения напряжение пробоя вырэжэется громоздкой формулой. Не приводя этой формулы, огрзннчиися к р и т е р и е м лавинного п р о боя, который из нее вытекает: еэерр(Гм '"э л.
(4-79) При обратном (с и л ь н о м) неравенстве имеет место смыкание. В проме. жуточном случае характер пробоя смешанный. Поскольку величина (гм согласво (2-66) пропорпионагьнэ р. ясно, что. лавинный пробой свойствен транзисторам со сравнительно низкоомным материалом базы. Пусть, нзпршчер, в сплавном германиевом транзисторе геэ = 20 мкм; Е = 0,01 см и р = 2 Ом.см; тогда согласно (2-56) ()и —— 120 В и правая часть (4-79) составит около 1,5 мкм. Прн этом условие (4-79) выполняется и пробой является лавинным. Если же р = 20 Ом.см, то правая часть (4-79) равна 60 мкм и мегино считать, что пробой обусловлен смыканием.
Динамические параметры. При включении транзистора па схеме ОЭ частотные и временные зависимости свойственны не толька коэффициенту р, но и коллекторному сопротивлению, которое согласно (4-71) зависит от р. Для выяснения инерционных свойств коэффициента (3 подставим в формулу (4-68) изображение а (э) из (4-43) илн комплексную величину сэ из (4-46). Тогда после несложных преобразований полу- чим: )т(з)= 1 р 1+) —— ыр (4-80 а) тр.= — = (1+ р) та' (4-81 а) гар =- (1 — «с) юя —— ма 1+3 (4-81б) Если положить 'р = 1 (т. е. а = х), то из выражений (4-35), (4-44) и (4-81а) получаем: та= г. (4-82) Равенство 14-82) имеет достаточно общий характер н не связано с использованием 1-го приближения для а (з).
физические основы этого равенства следую. щие. Базовый ток всегда обусловлен о с и о в н ы м н носителями, в данном случае электронами. Задача базового тока — компенсировать убыль электронного заряда в базе, вьвыааемую двумя факторами: уходом электронов через змиттерный переход« и рекомбннацней электронов в базе. При условии у = 1 эмиттерный ток будет чисто дырочиым н первый фактор отсутствует. Значит, при изменениях базового тока заряд в базе будет меняться только за счет рекомбинации, т.
е, с постоянной времени т. С такой же постоянной времени будет меняться н ток коллектора, поскольку он (а точнее, почти равный ему ток та) согласно (4-б2) пропорционален заряду. Условие у = 1, лежащее в основе (4-82), нарушается при высоких уровнях ияжекцни 1см. (2-74)1, а также во время коротких переходных процессов (см. (4-306)1. В обоих случаях равенство (4-82) становится неточным. Выражения (4-81) показывают, что переходные и частотные свойства в схеме ОЭ хуже, чем в схеме ОБ. В дальнейшем мы убедимся, что в реальных схемах этот недостаток в значительной мере сглаживается, тогда как преимущество схемы ОЭ вЂ” усиление входного тока — сохраняется.
Физические причины различия переходных и частотных свойств в схемах ОБ и ОЭ полезно проиллюстрировать с помощью векторных диаграмм (рис. 4-23). Эти диаграммы показывают, что даже небольшой сдвиг фаз между близкими по величине векторами 7, н г„вызывает значительный сдвиг фаз между каждым из них и Р а з н о с т н ы м вектором т'е.
Кроме того, величина последнего очень быстро возрастаег с частотой в первую очередь из-за фазового сдвига между токами 1, и г'„. Поэтому если даже модуль га остается ' Коллекторный переход находится под отрицательным смещением, поэтому уход электронов через него исклюзен. где (5 определяется формулой (4-88), а постоянная времени та я гра- ничная частота юа — формулами почти таким же, как и при низкой частоте (рис.
4-23, б), то модуль /о уже сильно увеличивается, а следовательно, коэффициент () уменьшается (58). Если в фюрмулу (4-68) подставить не 1-е приближение (4-43), а аппроксимацию (4-49)» то после ряда преобразований» изображение 3 (з) можно записать в той же форме, что и (4-49): мор 6(й= —. 1+згр Соответсгвующая частотная характеристика имеет вид: () — /осер (4-83б) 1+/— гор Параметры в этих формулах имеют сведующие значения: (4-84 а) а) л' — — -В б) » Преобразования сводятся к следующему.
Числитель и знаменатель умно- 6» жаются на (1+.зт) е ох, после чего зкспонента разлагается в ряд с точностью до двух членов. Получающаяся функция вида (4-Зба) приводится к форме (4-3бб). /(алое определяются соответствующие постоянные времени. Онн оказываются резко различными, что дает основание рассматривать одну иа них как постоянную времени тр, а другую — как зздержку С,р (см.
сноску нз с. 199). т„+с, гр =[1+с) (1+8) то; тр (1+ с) (1+ й) ' (483) т„+С 1+с о' Легко заметить, что фактор задержка С р/тр несравненно (в десятки раз) меньше, чем С /т„. Следовательно, роль задержки о схеме ОЭ горов)о менее сунгесоь аснло, чем о схеме 0Б. Поэтому выражениями (4-83) редко пользуются на практике, за исключением тех случаев, когда интересуются начальной стауб дней переходного процесса или о очень высокими частотами, близ. кими к /о.
Наибольшее распространение ймеют выражения (4-80), у но параметры гр н юр обычно за- писывмотся в форме (4-34). ууо В области достаточно вы- хсочюн соках частот (со) Зсор) мох„ ' дуль коэффициента Р соглас- е) но (4-80б) можно записать Рис. 4-23. Векторные диаграммы схемы следу»оп(им образом: Ж при трех резвых частотах. ы/сор Тем самым произведение ф на частоту со (в диапазоне со ~ Зсор) оказывается постоянной величиной. Эту величину называ»от предельной чало»оп»ой козффис(иенп»а усиления тока (со,), поскольку она соответствует значению ю при ф( = 1; 'пыа а 0), =- ))ю.
= — = 1+с (4-86) В тех случаях, когда существенна постоянная времени т„, нужно внести коррективы в формулы (4 84). Оценивая сумму постоянной времени г„ н времени задержки (э„с помощью выражений (4-57) и (4-68), приходим к выводу, что в любом случае (т. е. и при малых, и при больших эначениях т ) постоянная времени ъб имеет вид: т„+1 +т 1,+т С (4-87) ! — а 1 — а Прн этом для предельной частоты ых нетрудно получить обобщение формулы (4-86)." го+ — — = — — — + — гэС,.
(4-88) ыг а юо а'' Если сиять экспериментальную эавнсимскть ы, (7,) и построить ее в виде кривой ы, (17)е), то экстраполяция к оси ординат (т. е. к значению 1I(э = 0) даст величину ых, а наклон кривой к каждой то~ке определяет емкость с, 1661. Теперь рассмотрим коллекторное сопротивление схемы ОЭ, которое отличается от значения г„. В саьюм деле, в схеме ОЭ (рис. 4-4, б) при заданном токе 74 приращение выходного напряжения г(У„, р а с п р е д е л я е т с я между обоими переходамн. В результате изменение тока г„сопровождается таким же изменением тока 1, и соответствующим изменением тока эквивалентного генератора а1,.
Если положить С, = О, то согласно (4-10) приращение а1„ выразится операторной суммой гУ„(э) =- " — '+ а (з) И, (з), где й, =йю Отсюда изображение эквивалентного сопротивления коллекторного перехода в схеме ОЭ будет иметь вид: При медленных изменениях коллекторного напряжении (или низкой частоте) вместо изображений можно использовать действительные величины; тогда сопротивление г* „выражается формулой.
аналогичной (4-71): гй=г (1 — сс)= — ", . а 1„(р ' (4-90) Сопротивление г'„' в десятки раз меньше, чем сопротивление г, (зто уже отмечалось в связи с семейством характеристик иа Рнс. 4-21, а). В последнее время в справочниках приводят обычно именно величину 7„ а не (о (это связано с ббльшим удобством измерения). Лналогичную методику можно использовать для определения коллекторной емкости в схеме ОЭ. Положим для простоты и„= = со. Тогда для переходных процессов роль' сопротивления г„ будет играть емкоьтное сопротивление Х, = 1/яС, Заменяя в формуле (4-89) г, на Х„получаем изображение эквивалентной емкости: С ( 3 ) С С ( 1 + г ( 3 ) г (4-91) При медленных изменениях тока (нли низкой частоте) получаем действительную величину: С„'- С" =С„(1+Р). (4-92) Емкость С„- в десятки раз больше емкости С„. Заметим, что постоянная времени коллекторного перехода одинакова в схемах ОБ и ОЭ: т„= С„г„= С„* (в) г„*(з) = С,"и'„.
(4-93) Например, при и„= 1 ЯОм и С„= 8 пФ получается т„= 5 мкс. Тот факт, что величины и„' и С„", вообще говоря, являются сператорными, имеет большое значение при анализе быстрых переходных процессов и не может ие учитываться. Приведем еще выражение для операторного импеданса, состоящего из параллельно соедисх пенных сопротивления г", и емкости С„*: 1+ ага к ( ) — к 11 ) ) (1 + (4-94 а) Эквивалентная схема для переменных составляющих после проведенного анализа и с учетом общей схемы (см. рис.
4-22) может быть изображена так, как показано на рис. 4-24. Заметим, что в схеме ОЭ диффузионная емкость эмиттера определяется выражением (4-83а), а не (4-63б), т. е. в 1,5 раза болыпе, чем в схеме ОБ '. х Выражение (4-63а), нак уже отмечалосгь соотвегствуег чисто вкспоненциааьному процессу изменении напряжения гг,. Именао такой процесс свойствен схеме ОЭ, в которой задержка фронта по отношению к длительности фронта нмеег ничтожную величину 1см. аамечания к формуле (4-85)1. Рис.
4-24. Эквивалентная схема ОЭ для переменных сосгавлягощих. Здесь роль постоянной времени т„ обычно невелика. и можно пользоваться упрощенным выражением 1+ атр "1'ат Схема с общим коллектором. Эта схема (сы. рнс. 4-4, «1 нм.ет много общего со схемой ОЭ, потому что в обеих управляющим током является ток базы, а выходные токи (1, или 1„), как известно, различаются незначительно. Поэтому семейство выходных характеристик будет практически таким же, как на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
