Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 13
Текст из файла (страница 13)
Е В С Рис. З.а. Прямосмещенные эмиттерный и коллекторный переходы и-р-и-транзистора. Токи 1в и ус большие и не зависят друг от друга исс ивв Снижен е высоты барьера эмиттерного и коллекторного переходов воле с следствие приложения напряжения можно изобразить в виде энергети'еских зон (рис 3 9) таким образом, при двойном прямом смещении большие токи текут как в э ак в эмиттерной, так и в коллекторной цепях.
Можно отметить, однако, что ~ что эти токи почти не зависят друг от друга. Например, если ток ~~~72 Глава 8. Биполлрньтб транзистор эмиттера (входной ток) будет отключен, ток коллектора (выходной ток) почти не изменится. Ясно, что для транзистора в усилительной схеме такая схема смещения неприменима. Назначение усилителя — усилить входной сигнал, а для этого необходимо, чтобы выходной ток (и, следовательно, выходное напряжение) меняется согласно изменениям входного тока. Транзистор с двумя обрагпносмси»аннами переходами На рис. 3.10 представлена схема, в которой оба перехода транзистора — база — эмиттер и база — коллектор — смерлв исв щепы в обратном направлении.
Сначала рассмотрим эмиттерный переход. Энергия электрона Поскольку переход смещен в обратРис. 3.9. Прямое смещение обоих переходов снижает оба потенциальных ном направлении, чрезвычайно малый барьера. Пунктирная линия обоэнача- ток — несколько десятых долей милет барьеры при отсутствии смещения лиампера — течет через переход, как уже было рассмотрено в случае с обратносмещенным р-п-диодом. Этот температурно-зависимый «обратный ток насьпцения» определяется дрейфующими под воздействием поля носителями заряда, образованными за счет тепловой энергии. Для перехода база — коллек- Е В С тор ситуация аналогичная. Неге тс — основные дырки из и-области р -,.„ а, коллектора вблизи перехода дрей+ фуют под действием поля и пои«в всв падают в базу.
Также дрейквв кос )( фуют в направлении коллектора и неосновные электроны вз Рис. 3.10. Транзистор с обратносмещенными р-области базы. Этикомпоненэмиттерным и коллекторным переходами ты тока (токи дрейфа электронов и дырок) образуют тох коллектора Ус (рис. 3.10). Рассмотрим случай с двойным обратным смещением транзистора через диаграмму потенциальной энергии (рис. 3.11).
Приложенное напряжение добавляется к величинам потенциальных ба рьеров переходов, что делает совсем невозможным перемещение в базУ основных электронов из эмиттерной или коллекторной областей. Также трудно переместиться основным дыркам из р-области базы в области эмиттера или коллектора. Таким образом, при двойном обратном смеще нии транзистора основные носители не создают токов.
Созданные за счет тепловой энергии неосновные заряды вблизи области перехода будут скатываться вниз в потенциальную яму. Дрейф электронов и дырок в коллекторном переходе под действием поля изображен на рис. 3.11. Эти же заряды образуют коллекторный ток (рис. 3.10). Аналогично образуется незначительный ток эмиттера. Рнс. 3.11. Диаграмма потенциальной знер- Энергия гиии-р-и-транзистора с обратносмещенны- электРона ми переходами. Пунктирная линия показыаает состояние до подачи напряжения обратного смещения Энергия дырки О токах в транзисторе с двумя обратно смещенными переходами можно сказать следующее. 1.
В эмиттерных и коллекторных цепях текут очень слабые неосновные токи [10 е А (мкА) или менее). 2. Направления токов противоположно направлению токов прямосме- щенного транзистора. 3. Величины 1с и 1к почти не зависят друг от друга. 4. Токи неосновных носителей зависят от температуры и их величины примерно удваиваются при увеличении температуры перехода на 10 градусов. 3 Эти неосновные токи почти не зависят от приложенного напряжения. Увеличение обратного напряжения просто делает барьер более крутым.
Транзистор с двумя прямосмещенными и с двумя обратносмещеннымн переходами представляет состояния ВКЛЮЧЕНО и ВЫКЛЮЧЕНО. Такой транзистор является основой для цифровых схем, в которых транзистор Работает как переключатель. Но для линейных схем (таких как усилитель) подобные комбинации смещений неприменимы. 3.4. Токи транзистора с прямосмещенным эмиттерным переходом и обратносмещенным коллекторным переходом На ис, Рис 3.12 изображена схема, в которой переход база — эмиттер сме- щен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном.
~~~74 Глава Я. Биполярный транзистор Для транзистора, применяемого в качестве усилительного прибора, такое сочетание смещений используется наиболее часто. Более того, можно сказать, что такое включение транзистора определяет его уникальные свойства при работе в электрических схемах. В предыдущих случаях, а именно при двойном прямом и двойном обратном смещениях, входнол эмиттерный ток и выходной коллекторный ток были почти независимы друг от друга.
Выключение одного тока не влияло на другой, и два перехода можно было предположить независимыми. В новой ситуации, при смещении эмиттерного перехода прямо, коллекторного — обратно, результат совершенно другой. Рис. 3.12. н-р.а-транзистор с прлмосмещеллым змиттером и обратлосмещеялым коллектором лвв Через эмиттерный переход, поскольку он смещен в прямом направлении, течет большой ток. Эмиттерный ток в основном создан электронами, диффундировавшими из сильнолегированного эмиттера в базу. Ток эмиттера также имеет малую составную часть, состоящую из тока дырок, появляющихсяв результате незначительной диффузии из слаболегированной базы в эмиттер. Какой ток будет протекать через обратносмещенный коллекторный переход? Предполагаем слабый ток, который равен обратному току насыщения р-и-перехода база — коллектор.
Однако в действительности ток коллектора 1С большой и почти равен току эмиттера 1ь: 1с = 1н. Как эшо происходит Так как эмиттерный переход смещен прямо, большое число электровоз приходит в базу из эмиттера. В области базы малая часть электронов рекомбипирует с дырками, а оставшаяся большая часть электронов переходит в коллекторную область. Эти инжектированные в коллекторную область электроны дрейфуют под действием приложенного обратносмо щающего электрического поля и дают в результате большой коллекторный ток.
Перемещение неосновных носителей через базу является основой работы транзистора. Вспомним, что электроны в р-базе — неосновные носители. Базовая область тонкая и легирована слабо, поэтому вероятность элек тронно-дырочной рекомбинации мала. Иными словами, проходящие элек т.т. т > > > р >*> >>1«т гртп«ы имеют большое время жизни и, как следствие, большинство из них дохттдит до коллекторной области. У правильно спроектированных транзисторов менее 1 % электронов, введенных из эмиттера, рекомбинируют в области базы, а оставшиеся (более 99 %) способны достичь коллектора. Зто объясняет, почему ток коллектора почти равен току эмиттера, т.
е. «С «Е. Малый базовый ток на внешнем выводе транзистора объясняется рекомбинацией электронов в р-области базы. Базовый ток и другие токи будут рассматриваться позже. Диаграмма потенциальной энергии транзистора с прямосмещенным эмиттерным переходом и обратносмещенным коллекторным переходом помогают лучше понять процессы, происходящие в областях транзистора. Прямое смещение на эмиттерном переходе снижает потенциальный ба- э"арта" электрона рьер, позволяя основным электронам в большом количестве (поскольку эмиттер легирован сильно) диффундировать в область базы.
Малая часть и Р и этих электронов теряется из-за рекомбинации с дырками в узкой обла- Дальнейшее рассноп«ренье токов тпранзистпора Каж ый Д й из трех токов транзистора, а именно — ток эмиттера (1е), ток базы 1 ы («в) и ток коллектора (1с) — играет большую роль в работе транзисто Ора.
Взяв в качестве нашей модели п-р-п-транзистор, обсудим эти сти базы. Оставшиеся электроны паРнс. 3.13. Диаграмма потенпнальной ДаЮт В ПОТЕНЦИаЛЬНУЮ ЯМУ У КОЛЛЕК- энер - -тр нстора. Доте тт«Р«тт«т'0 первхоДВ (РИС. 3.13), ВхОДЯт ный барьер у прямосмещенного эмнтв коллекторную область и скапли торного перехода снижен на величину ваются у вывода коллектора соеди напряженна «'лв. Барьер колленторного перехода повышен в соответствии с наВенного с положительным полюсом ительным полюсом пряже ем обратного см щен Гсв батареи. Небольшое число дырок из слаболегированной области базы также диффундируют в область эмиттера, однако в данный момент можно не учитывать эту дырочную компоненту тока. Как видно вз вышесказанного, почти весь ток был перенесен из цепи с «п«эким сопротивлением (прямосмещенный эмиттерный переход) в цепь Высоким сопротивлением (обратносмещенный коллекторный переход).
Это— Великое достижение, и именно отсюда происходит название «транзисто > "стор> (слово от двух английских слов «перенос сопротивления» = «йгапвГет-тел«врос> — Фтапв1вФот). ~~~~6 Глава Х Биполлрнещ" транзистор токи более детально. Будем рассматривать только один случай — прямое смещение эмиттерного перехода и обратное смещение коллекторного перехода. Такое сочетание смещений имеет очень большое значение. Ток злкиттера Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
