Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 43
Текст из файла (страница 43)
рис. 4.6, г). В области эмиттера распределение токов такое же, как в эмиттере диода при подаче нар-и-переход прямого напряжения. Ток диффузии дырок убывает по мере удаления от сечениях„от значения 1 е,(х„) до нуля. В сечении х„этот ток максимален: 1,„, (х„) = -дй, р„и (х„) »иер п р Уменьшение тока 1,„4» сопровождается увеличением тока 1 „„(см.
подраздел «Токи в полупроводниках» раздела «Электрофизические свойства полупроводниковых материалов» в главе 1). Помимо этих двух токов через эмиттер протекает ток проводимости электронов 1„»»» обусловленный потоком 1. Сумма этих трех токов равна току эмиттера 1,. В области коллектора по мере удаления от сечения х'„ток диффузии дырок также уменьшается. В сечении х'„этот ток равен Поскольку р„„< р ~(х„), то я' ~„р(х„) < 1 ~р(х„).
Уменьшение тока диффузии („ф» в коллекторе сопровождается возрастанием тока генерации 1„„„(см. подраздел «Токи в полупроводниках» раздела «Электрофизические свойства полупроводниковых материалов» в главе 1). Помимо тока диффузии и тока генерации через коллектор протекает ток проводимости 1и„„„,, создаваемый электронами, которые покинули эмиттер и достигли коллектора. В базовой области протекают два тока — электронный и дырочный. Электронный ток обусловлен диффузией электронов и уменьшается вдоль оси х. Распределение дырочного тока в базе неопределенно. Известны только его значения на границах базы.
В сечении х, он больше, чем в сечении х'„. Установить закон, по которому изменяется дырочный ток, довольно сложно, учитывая то, что дырки из внешней цепи поступают через боковой вывод; часть этих дырок переходит в эмиттер (поток 3), часть рекомбинирует с электронами. Кроме того, дырочный ток создается дырками, поступающими из коллектора (поток 8). Поэтому распределение дырочного тока показано условно пунктирной линией.
Также условно показано и распределение результирующего тока в базе. Графики распределения токов в транзисторе позволяют определить токи в его внешних цепях. гг1 4.3. Расо еделение концентрации носителей заряда и токов Ток эмиштера равен сумме электронного н дырочного токов на границах эмит- терного перехода; ~и хднф п(хр) ддифр(Хп) Учитывая то, что дырочная составляюпря тока во много раз меньше электронной составляющей, можно записать: ддл 1, и 1,„ф,(хр) = дг„— ~,., а~п ~ Учитывая, что — ~...
= сй Я„, можно утверждать, что ток эмнттера пропорционален тангенсу угла наклона касательной к графику л(х) в сечении х„: сй О . (4.18) Ток коллектора равен сумме электронного и дырочного токов на границах кол- лекторного перехода. Дырочным током можно пренебречь. Тогда . ~1п~ р, - =рдифп (Хр! = Ф и — ~д..р.
. Йп~ Учитывая, что' — ~ „... = 18 Я'„, можно записать: 1„- гй Я'„. (4.19) Таким образом, ток коллектора пропорционален тангенсу угла наклона касательной к графику п(х) в сечении х,'. Ток базы обусловлен тремя причинами: потоком 3, потоками 6 и 8 — а также рекомбинацией в базе. Главенствующую роль при этом играет рекомбинационная составляющая тока, пропорциональная избыточному заряду электронов в базе, определяемому путем интегрирования ли„(х) по всей длине базы: р пи (х) п где ти — время жизни электронов в бззе. Нетрудно установить, что избыточный заряд, а следовательно, и ток базы пропорционален площади под графиком л„„(х), то есть (4.20) где Ю' — площадь под графиком п(х), расположенным выше и;, 5- — площадь над графиком л(х), расположенным ниже пр. Таким образом, для определения токов транзистора достаточно знать распределение концентрации электронов в базе.
На рис. 4.7 показаны графики л(х) для четырех режимов работы, на которых заштрихованы области избыточного заряда. В активном режиме распределение п(х) почти линейное с небольшой выпук- лостью вниз, поатому р„< р„В инверсном:режиме распределение «(х) симметркчно распределению «(х) в активном режиме. Условием сушествоваиия этого режима в схеме с ОЭ является 0 > ир, > и„„то есть на коллектор и базу в схеме с ОЭ должны быть поданы отрицательные напряжения. В режиме насыщения открыты оба перехода, для этогэв схеме с ОЭ дслжцо выполняться условие О < и.; <ир . На рис.
4;7 показано распределение концентрации ззекцроиов в режиме нэсйшения, соответствующее равенству напряжзний на эмиттерном и коллекторном переходах В этом случае электронные составляющие токов змиттера и коллектора равны по абсолютной величине и'ток коллектора отрицателен. При уменьшении и„, градиент концентрации в сечений жр сначала будет уменыпаться, затем изменит знак и будет возрастать.
соответственно, будет меняться ток коллектора. В режиме отсечки оба перехода закрыты, условием существования этого режима в схеме с ОЭ является О, > ир, > «„Прц изменении внешних напряжений измен«артс« значения «(х ) и «(х') и, соответственно; распределение «(я), з также токи во внешних цепях. х'р х х хр х х х'р х 4.4. Статические характеристики Статические характеристики устанавливают взаимосвязь между постоянными входными и выходными токами и напряжениями (р, р „, и, и~„) в виде графиков.
Изменение численного значения любой нз этих величин вызывает изменение численных значений остальных величцнр Вэзрр(аосвязь четыррх величин мож-. но выразить двадцатью четырьмя системами характеристик, принимая две любые из четырех величин за независимые переменные, а две другие — за зависите переменные. На практике, исходя из удобства и простоты измеренйй, в качестве независимых переменных принимают (, и,„и и . В этом случае возможны две системы характеристик: О 1 ( ~(и и „„) — цэуяхая Снстема; о и„, ( Яррр, и „) — вторая система.
В тех случаях, 'когда базовая цепь питаетел от источника с, ниаким внутренним сопротивлением, целесообразно использовать иарврю сжтему характеристик, если же источник, питаюпнгй входную цепь, имеет вагцрное внугреннее сонротив- 4.4. Статические характе истики ление, то целесообразно использовать вторую систему. Всего в каждой системе существуют четыре характеристики (табл. 4.3). Таблица 4лц Системы характеристик Вторая система Название характеристики Первая система Характеристики зависят от схемы включения транзистора.
На практике обычно пользуются характеристиками для схем с ОЭ и с ОБ. Характеристики для схемы с ОК неудобны для практического применения. В табл. 4А указано, что следует понимать под входными и выходными напряжениями для схем с ОБ и с ОЭ, Таблица 4.4. Входные н выходные напряжения дпя схем с ОВ н с ОВ Величина ОБ ОЭ б иб„ /„ и и„ / и Входные и управляющие характеристики Рассмотрим зависимости токов транзистора от входных напряжений, которые одинаковы для схем с ОБ и с ОЭ, но различаются знаками и индексами: и„„= ив, = -и, а Будем считать, что коллекторный переход закрыт, а на змиттерный переход подается прямое напряжение, тогда концентрация электронов на границе базы с коллекторным переходом будет равна ик и п(хр) = п,ехр — "' = О. т Концентрация злектронов на границе базы с эмнттерным переходом равна п(хя) = п,ехр — ", т При увеличении напряжения и, „графики распределения концентрации злектронов в базе (рис.
4.8, а) идут более круто, соответственно, возрастают углы наклона касательных в сечениях х, и х'„а также площадь под графиком п(х). Следовательно, возрастают все токи транзистора (рис. 4.8, 6). Внешне они похожи на характеристики диода, и так же, как в диоде, заметный ток появляется при и 0,6 В (для кремния). В справочниках обычно приводят входные характеристики для двух значений и,„„: одно для активного режима, другое для и,„„= О. Входная характеристика Упрзвпякхпая характеристика Характеристика обратной связи Выходная характеристика /„= /(и„) прн и = сопи /(и ) при и = сопж г„' = /(и ) прн о„= сопи / =г(и )при и =сопя и =/(/)при и =сопзг =Ф'')при и =сопвг и„= /(и ) при г' = сопя / /(о ) при / = соп51 хр хд х е б уно. 4,9 В схеме с ОБпри ь~ ~-0 графвкраспредддещгдкщщентрацкн электронов в базе идет более полого, чем цри и„х > 0 (рис.
4.9, а), поэтому градиент кищентрацни электронов в сечении х, уменьгпается;вто сжггщгещ струет пб уменьщенгги тока эмнттерз. В результате входная характеристика прн,а, 0,.идет более полого (рис 4.9, б). В схеме с ОЭ при и, = 0 транзистор ~.в розай'насыщанйа'; поэтому зтйцентрациа электронов в сечении х',становится равной и(хр), кзк показано парис.4. 10, е, и площадь под графиком л(х) увеличиваетсл, что свидетельствует об увеличении тока базы. Поэтому входная характеристика '~двигается влево (рис.4.10, 6). хр хр х б Рио. 4.9 " и(х)' хэ х 1 ' Вне е.тп: эх-в' ггВ 4.4.
Статическиехарактеристики Представляет интерес начальная область характеристик, в которой существуют весьма малые токи. На рис. 4.11, а показано распределение концентрации п(х) в базе при малых значениях напряжения, а на рис. 4.11, б — зависимости токов от напряжения и . х'р х 1 2 3 4 В б Рис. 4.11 Если напряжение и, „достаточно велико, то график п(х) идет очень круто (кривая 1), поэтому через транзистор протекают большие токи.
По мере уменьшения и, „график п(х) идет более полого и все токи уменьшаются. При и, „= 0,037 В концентрация п(х,) в соответствии с (4.10) оказывается равной 2п„. В этом случае ток базы становится равным нулю (кривая 2), так как площади 5' и 5 одинаковы, а ток 1, равен 1„, то есть через транзистор протекает ток 1„,~. Если и, „= О, то п(х,) = и, и график распределения концентрации п(х) проходит ниже и, (кривая 3), причем градиент концентрации в сечении х, не равен нулю. Объясняется это эффектом Эрли, суть которого состоит в следующем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
