Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 44
Текст из файла (страница 44)
Если бы ширина базы В' превышала диффузионную длину электронов А„, то при отсутствии инжекцин в базу со стороны эмиттера и наличии экстракции электронов из базы в область коллектора распределение избыточной концентрации электронов должно было бы изменяться по экспоненциальному закону и в сечении х, градиент концентрации был бы равен нулю. Но при этом не было бы передачи тока эмиттера в цепь коллектора. Поэтому в транзисторах ширина базы меньше диффузионной длины электронов, но при этом градиент концентрации в сечении х, не равен нулю, следовательно, в цепи эмиттера существует ток. Чем меньше ширина базы, тем больше градиент концентрации в сечении х„и тем больше ток 1,. Таким образом, при и, „= 0 в транзисторе существуют токи („(„и 16.
При подаче на ЭП обратного напряжения величина п(х,) становится меньше равновесной концентрации В, и при некоторой величине напряжения и, „градиент концентрации в сечении х, становится равным нулю (кривая 4), а следовательно, ток эмиттера также становится равным нулю. В этом случае в соответствии с (4.3) 1„= 1„м, а 1б = -1„гв При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения и, „концентрация п(х,) еше более уменьшается, а градиент концентрации в сечении х, меняет знак (крйвая 5), поэтому ток эмиттера становится отрицательным.
Глава 4. Биполярныв транзисторы и тиристоры Выходные характеристики в схеме с общей базой Для объяснения выходных характеристик в схеме с ОБ рассмотрим, как изменяется распределение концентрации электронов в базе при изменении напряжения п„ь и постоянном напряз1ении и,, (рис. 4.12, а). Каждому из графиков, представленных на рис. 4.12, а, соответствуют конкретные токи, определяемые формулами (4.18)-(4.20). Зависимости этих токов от и„6 показаны на рис. 4.12, б. х(х) хр х б Рис. 4Д2 В активном режиме изменение и„6 сопровождается изменением ширины коллекторного перехода и ширины базы, при этом изменяется распределение концентрации п(х) (кривые 1, 2, 3), однако эти изменения незначительны, так как ширина коллекторного перехода зависит от напряжения и„ь прон рционально и'~„,, поэтому токи 1„1„и 16 слабо зависят от и„,.
При и„, с О транзистор переходит в режим насыщения. В этом режиме увеличение отрицательного напряжения и„ь увеличивает концентрацию в сечении х', по экспоненциальному закону (4.12), поэтому незначительные изменения напряжения и„ь сильно влияют на распределение концентрации электронов п(х) (кривые4, 5, 6) и токи транзистора При некоторой величине напряжения и„, (кривая 5) градиент концентрации в сечении х,' становится равным нулю, поэтому ток коллектора оказь(дается равным нулю, а затем становится отрицательным. Если поддерживается постоянство входного тока, то при изменении напряжения и,, должно сохраняться постоянство градиента концентрации электронов в сечении х„что возможно при условии уменьшения входного напряжения и Па рис. 4.13 кривые 1 и 2 соответствуют постоянству входного напряжения, а кривые 1 и 3 — постоянству входного тока, они идут практически параллельно, что 4.4.
Статические яа кте ики свидетельствует о том, что градиент концентрации электронов в сечении х', сохраняется практически постоянным. Следовательно, в области активного режима выходная характеристика при постоянстве тока 1, проходит практически горизонтально. Рис. 4.13 Семейство выходных характеристик, снятых при различных токах эмиттера, показано на рис. 4.14. При и„е > 0 ток коллектора изменяется очень слабо. При и„б < 0 коллекторный ток резко убывает. Он становится равным нулю при напряжении ик а порядка 0,5-0,7 В.
Рис, 4.14 Выходные характеристики в схеме с общим эмиттером Рассмотрение распределения концентрации электронов я(х) в базе (рис. 4.15, а) позволяет объяснить выходные характеристики в схеме с ОЭ (рнс. 4.15, б). При этом следует иметь в виду, что в схеме с ОЭ напряжение на коллекторном переходе'равно и, „= ие, — и„,.
ыв Глава 4. Биполярные транзиото ы и тиристоры хр х б Рис. 4.16 Когда и„, > из, в транзисторе существует активный режим, в котором коллекторное напряжение слабо влияет на токи (кривые 1, 2, 3). При и„, < и~, открывается коллекторный переход и концентрация в сечении х', возрастает (кривая 4), что ведет к снижению градиента концентрации в этом сечении и снижению тока коллектора. При некоторой величине напряжения и,, (кривая 5) градиент концентрации в сечении х', становится равным нулю. При дальнейшем уменьшении напряжения и„, градиент меняет знак, и ток коллектора становится отрицательным. При и„, = 0 (кривая 6) напряжение и„„= и,,; в этом случае п(х',) = п(х,), градиенты концентрации в сечениях х, и х,' одинаковы по абсолютной величийе, но противоположны по знаку, следовательно, ток („ равен току 1„но имеет противоположное направление.
Внешне зависимости токов от напряжения и,, выглядят так же, как зависимости токов от напряжения и„~. Различие состоит лишь в том, что они сдвинуты вправо на величину напряжения из,. Во второй системе характеристик при изменении напряжения и„, должен сохраняться постоянным входной ток 1„, определяемый площадью под графиком п(х), что возможно при условии увеличения напряжения из,.
На рис. 4.16 кривые 1 и 2 соответствуют постоянству входного напряжения, а кривые 1 и 3 — постоянству тока базы. Нетрудно установить, что при постоянстве тока базы выходная характеристика в активном режиме идет круче, чем при постоянстве напряжения из,. Семейство выходных характеристик при различных значениях (з показано на рис. 4,17.
В области активного режима наклон характеристик больше, чем в схеме с ОВ. В области режима насыщения они сливаются н проходят очень круто. Формально границей раздела активного режима и режима насыщения является условие и„, = и~,. Это напряжение для кремневых транзисторов составляет около 0,7 В. Пока прямое напряжение и, „= иь, — и„, невелико, градиент концентрации в сечении х,' изменяется незначительно при изменении и„„поэтому ток („несушественно отличается от тока в активном режиме.
Резкое уменьшение тока коллектора наступает при и„, ~ 0,1 В. В справочниках это напряжение обозначается и„ 4.4, Статические акт котики Рис. 4.!6 Рие. 4Л7 Влияние температуры Температура существенно влияет на физические процессы в транзисторе. Во-первых, с' ростом температуры снижается потенциальный баръер в эмиттерном переходе, из-за чего возрастает ток эмнттера и характеристики сдвигаются в область более низких входных напряжений, что оценивается температурным коэффициентом напряжения Ж;„/и„ИТ, который составляет 1 — 2'мВ/'С. Во-вторых, с ростом температуры возрастает ток 1„м.
В-третьих, при повышении температуры увеличивается коэффициент передМи тока змнттера, температурный коэффициент которого сйх/со4Тлежит в пределах от 0,03 до 0,05 Ж/'С. Поэтому ток коллек тора при повышении температуры возрастает на величину гп„=ей, + уКк+Ф 14.21) Для уменьшения температурной зависимости тока в цепь эмитгера включают резистор, обеспечивающий постоянство тока эмнттера.
В этом случае первым слагаемым в (4.21) можно пренебречь. Тогда относительное изменение-тока коллектора будет равно 2ЗО Глава 4. Билолярные транзисторы и тиристоры а„, 1, „бх(, б(бх 1„~ а„ 1ОБ (4.22) (4.23) х'„= ~3(б -б 1„= 8(б + (8 + 1) 1„бб. Приращение тока равно Й бйб+ бФ+М1 бб+1 б бЮ+б (4.24) Для обеспечения постоянства тока базы в цепь базы включают резистор, В этом случае первым слагаемым в (4.24) можно пренебречь: бхх„= (1~ + 1ь м)~ф + (8 + 1)<П„~.
(4.25) Чтобы сравнить температурную стабильность схемы с ОЭ со схемой с ОБ, выразнм 43 через бйх. Учнтывая, что 8 = хх/(1 — а), получаем; б(В = (р + 1)'бкх. (4.26) Следовательно, относительное изменение тока коллектора в схеме с ОЭ будет равно й„~ хб+1„бб( )б ( )1„~ Н„~, (4.27) После несложных преобразований получаем: — = (В+1) — + бб — "~' = (р+1) — "~ (4.28) Из (4.28) следует, что в схеме с ОЭ ток коллектора более сильно зависит от температуры, чем в схеме с ОБ.
Если в схеме с ОБ, как это показано в разобранном ранее примере, ток коллектора при повышении температуры на 100 'С возрастал примерно на 5 %, то в схеме с ОЭ при 8 = 100 ток коллектора увеличивается в 5 раз..Поэтому нри использовании транзисторов в конкретных схемах необходимо принимать меры для повышения температурной стабильности. В проотейшем случае для этой цели в цепь эмиттера включают резистор Я„а в базовую цепь включают делитель напряжения, состоящий из резисторов Я, и Ят (рис. 4,18).
В этом случае потенциал базы равен бр = — Е„„и совах, б Л й н.п = При повышении температуры на 100 'С относительное изменение коэффициента передачи тока эмиттера не превышает 0,05 (5 %). Ток 1„бб при этом возрастает примерно в 1000 раз, однако вследствие того, что он очень мал по сравнению с рабочим током коллектора (1„бб/(„и 10-б), его влияние на относительное изменение тока коллектора незначительно. В рассматриваемом примере второе слагаемое в (4.22) составляет 0,001 (0,1 %).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
