Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 14
Текст из файла (страница 14)
3.14 поясняет процессы в и-р-тк-транзисторе с прямосмещенным эмиттерным переходом и обратносмещенным коллекторным переходом. Как мы видели выше, ток эмиттера транзистора с прямосмещенным эмиттерным переходом имеет две составляющие. Одна создана большим потоком электронов, инжектированных из сильнолегированного змиттера в базу. Другая составляющал определяется малым числом дырок, которые входят в эмиттер вз слаболегированной базы.
Следовательно, 1и = 1, + 1ь (суммарный (электронная (дырочная 13.1) ток эмиттера) составляющая) составляющая) Однако эмиттерный ток тт-р-о-транзистора создается преимущественно электронами. Более того, отметим важный момент, что дырочный ток не является полезным током, поскольку он не участвует в образовании полезного коллекторного тока.
Электроны в эмиттер постоянно поступают вз батареи Ъвв 1рис. 3.14). Коллектор (и) Эмиттер (п) База (р) Бо ч злект в2 В1 Рис. 3.14. Состалляющие эмиттерного тока при прямом смещении перехода эмиттер — база Ток эмиттера является функцией от приложенного входного напряжения Ъвв и растет экспоненциально при увеличении напряжения, как это было у прямосмещенного р-п-диода.
Ток базы Поскольку база легирована слабо, то неосновные носители, проходящие через нее, имеют большое время жизни. В случае рассматриваемого и-р-и- д.д.к Р д д д д д Д транзистора электроны, инжектированные из эмиттера, имеют тоже большое время жизни. Затем, поскольку базовая область тонкая, электроны не рекомбинируют и достигают переход коллектор — эмиттер. Только небольшая часть этих электронов рекомбинируют в базе с дырками, Рекомбинация создает некоторый дефицит дырок в области базы.
Для того, чтобы компенсировать потерю дырок как из-за рекомбинации, так и изза диффузии дырок в эмиттер [составляющая тока Хь в уравнении (3.1)), дырки как-то надо «затолкаты> в базу. Для этого сделать, надо убрать из базы электроны для поддержания постоянной концентрации дырок в пределах базовой области. Ситуация показана на рис. 3.15: имеет место диффузия дырок и рекомбинация в базе, результирующий ток базы 1н. Эмидтер )'и) База (р) Коллектор (и) рис.
3.15. Потеря дырок в области базы из-за диффузии и рекомбинации, резуль- твруюший ток базы 1в Из двух составляющих базового тока большим по величине и доминиРующим является ток, созданный рекомбинацией, а ток диффузии дырок в и-эмиттер — незначительным. Поэтому говорят, что ток базы — это ток рекомбинации. Ток коллеишора транзистора с прямосмещенным эмиттерным переходом и обратносмещенным коллекторным переходом ток коллектора 1с состоит из двух составляющих: 1. Большая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, у .Рямосмещенного д-) о- ранзистора не рекомбинируют в области базы и достигают перехода база — коллектор. Здесь эти электроны сначала дрейфуют под действием приложенного обратного поля и таким образом вхо ят в д"т в область коллектора.
Оставшийся путь до электрода коллектора он" проходят за счет диффузии (рис. 3.16). ~~~78 Глава 8. Бииоллрнь«б транзистор Бо заект ое в» во Рис. 3.16. Вольшаа часть электронов, иниектированнь»к нз змиттера, достигает коллектора и образует основную часть тока коллектора Долл тока эмиттера, которая проявляется как коллекторный ток 1с, записывается как с«1в, где с« — константа прибора (определение будет дано позже). По величине с«близка к единице. 2. Так же, как и у обратносмещенного р-п-диода, у тока обратносмещенного перехода база-коллектор есть составляющая обратного тока насьпцения. Образованные за счет тепловой энергии электроны в р-базе (небольшое число) скатываются по потенциальному склону и попадают в эмиттер.
Таким же образом дырки из и-коллектора движутся в направлении базы, образуют дополнительную составляющую тока, обозначаемую 1сво. Так как этот ток составлен из порожденных теплотой неосновных носителей, он зависит от температуры. Он течет в том же направлении, что и составляющая с«1в. Складывая две составляющие, получаем суммарный ток коллектора 1с = с«1в+1сво (3.2) Обратный ток 1сво измеряется при разомкнутом эмиттере, поэтому в индексе присутствует буква «о» (ореп — разомкнутый).
1сво по сравнению с 1в невелик (на 2-3 порядка меньше). При неизменной температуре 1сво — постоянный ток, не зависящий от входного тока (тока эмиттера), поэтому не является полезным. 1сво — источник помех в транзисторе. Практически для всех случаев три тока транзистора соотносятся как 1е = 1с + 1В. (3.3) Это следует из закона Кирхгофа о сумме токов. Токи 1в и 1с втекают в прибор, а ток 1В вытекает (рис. 3.17).
До сих пор мы говорили о и-р-и-транзисторе. Рассмотрим теперь р-и-р- транзистор. д.д. д д Р д Р Р.* д УД9~) Потоки зарядов можно представить, заменив электроны на дырки в вышеприведенном рассмотрении п-р-п-транзистора. ~с рвв )'~в рос дя ~с Квв у в рос Рис. 3.13. р-п-р транзистор с пря- мосмещенным эмиттером и обрат- носмещенным коллектором и на- правления его токов Рис. 3.1д. Направления токов у п-р-и-транзистора с прямосмещенным эмиттерным и обратносмещенным коллекторным переходами. Отметим, что дв = = до+ дя Транзисторр-и-р с прямосмещенным эмиттерным переходом и обратно смещенным коллекторным переходом показан на рис. 3.18 Можно отметить, что по сравнению с и-р-и-транзистором здесь полярности источников, подключенные к эмиттеру и коллектору, обратные и направления токов тоже обратные.
Прямое смещение на эмиттерном переходе снижает высоту потенциального барьера и способствует диффузии большого числа дырок из сильнолегированного р-эмиттера в базу. Поскольку база легирована слабо, то небольшое число электронов из базы тоже диффундирует в эмиттер. Таким образом, диффузия дырок и электронов образует ток эмиттера. Но в р-и-р-транзисторе вклад электронов в эмиттерный ток ничтожно мал, и его величина преимущественно определяется дырками. Большинство дырок, попавших в область базы, способно достичь коллекторного перехода, за исключением небольшой части, которая рекомбинирует с электронами в базовой области. Чтобы скомпенсировать потерю электронов из-за рекомбинации и из-за диффузии электронов в область эмиттера (эта часть намного меньше), из внешнего вывода базы в нее поступают электроны и создают ток базы 2в. Этот поток электронов обеспечивает постоянство концентрации электронов в области базы п-типа.
Отметим, что ток базы — ток рекомбинации. Дырки, достигшие коллекторного перехода, дрейфуют под действием поля на переходе и выталкиваются в область коллектора. Эти дырки, инжектированные в коллекторную область, диффундируют в направлении коллекторного электрода. На контакте полупроводник-металл (электрод) дырки встречаются с электронами и рекомбинируют. Поток электронов из батареи во внешний вывод коллектора обеспечивает непрерывность процесса движения зарядов. В результате создается главная составляющая коллекторного тока, равная сл1я, т.
е. так же, как и в случае с п-р-п-транзистором. Поскольку коллекторный переход смещен в обратном направлении, в дополнение к ск1к существует и небольшой ток обратного насьпцения. Суммарный ток коллектора соответствует уравнению (3.2). Обратный ток насьпцения коллектора является паразитным. Эта составляющая тока минимизируется правильным выбором легирующих примесей. Эмнткер (л) База (р) Коллектор(л) и2 Рис. 3.19. В р-н-р-транзнсторе большинство дырок, ннжектнрованных нэ эмнттера, достигают коллектора н образуют главную составляющую коллекторного тока.
Небольшая часть дырок рекомбнннрует в области базы. Для поддержания нейтральности заряда базы электроны втекают в базу для компенсацнн потери электронов нэ-за рекомбинации 35. Конфигурации схем с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) В зависимости от того, как подключены к транзистору входные и вы- ходные сигналы, его можно использовать в трех разных конфигурациях. На рис. 3.20 показаны три возможные схемы — с общей базой (ОБ), с об- щим змиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). )Е Е с ) а) б) в) ~~( 80 Глава Я. Биполлрнььй тпранзистор Рис. 3.20.
Трн схемы включення биполярного транзистора: а) — схема с общей базой (ОВ); б) — схема с общим эмнттером (ОЭ); в) — схема с общим коллектором (ОК) ».».К»ф»»д» ф, »»)) В схеме с общей базой (ОБ) входной сигнал подключен к эмиттеру транзистора. Выходной сигнал снимается с коллектора. Другими словами, база — общая точка для входного и выходного портов. В схеме с общим эмиттером (ОЭ) входной сигнал подключен к базе транзистора, а выходной сигнал так же, как в схеме с общей базой, снимается с коллектора. Эмиттер является общим для входного и выходного порта.
Схема с общим коллектором (ОК) отличается тем, что выходной сигнал снимается с эмиттера, в то время как входной подается в базу транзистора. Коллектор — общий для входа и выхода. Эта схема так же называется эмиттерным повторителем (позже будет разъяснено почему). 3.6. Коэффициенты передачи по току сх и ~9, их соотношение Коэффициент передачи по току а По определению, коэффициент передачи по току — это отношение выходного тока ко входному току. В схеме с общей базой входным током является ток эмиттера 1к, а выходным — ток коллектора 1с. Коэффициент передачи по току транзистора о может быть записан как о = —. 1с (3.4а) 1е Вели приращение эмиттерного тока Ь1к вызывает приращение коллекторного тока Ыс, то принимая, что транзистор работает в линейной области, имеем »з = ~~~с (3.45) Ык Поскольку коллекторный ток близок по величине к эмиттерному току, (чуть меньше), величина коэффициента передачи по току а также близка к единице, но всегда меньше единицы.
Для хорошо спроектированных транзисторов а может иметь значения 0,995 или больше. Козу»фициент усиления по току 13 Входным током транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (схема с ОЭ, рис. 3.20, б), является ток базы 1в, а выходным током— ток коллектора 1с. В этой схеме коэффициент передачи по току: 9= —. 1с (3.5а) ~~~82 Глава 3. Биполлриай тра зиетор Если приращение базового тока Ыв вызывает приращение коллекторного тока Ь1с, то, принимая, что транзистор работает в линейной области, Связь между коэффициентами передачи тока а и Б Три тока связаны между собой уравнением (3.3) (З.б) 1е = 1с + 1В 1в = 1в — 1с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
