Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 45
Текст из файла (страница 45)
Поэтому можно считать, что ток коллектора в основном изменяется вследствие изменения коэффициента передачи тока эмиттера. В схеме с ОЭ ток коллектора зависит ат тока базы: 2З1 4.4. Статические характе истики потенциал эмиттера равен <р, = в,Я„ между базой и эмиттером действует напряжение Пб-в . Гб Чв +Епп -Епл Вис. 4.те Прн ВОЗраетаНИИ тЕМПЕратурЫ ВОЗраСтаЕт тОК б, И ПОтЕНцИаЛ бри а НаПряжЕНИЕ иб, уменьшается, то есть в такой схеме рост тока, обусловленный ростом температуры, компенсируется уменьшением тока, обусловленным уменьшением напряжения иб,. Коэффициент нестабильности рассматриваемой схемы определяется по формуле (4.29) где Я, Я +Я, Под сопротивлением Яб понимается сопротивление двух параллельно включен- ных резисторов: (4.30) Для повышения температурной стабильности необходимо уменьшать йб и увели- чивать Я,. В этом случае у — > 1 и Я вЂ” б 1, то есть нестабильность схемы с ОЭ при- ближается к нестабильности схемы с ОБ.
Предельные режимы Транзистор, так же как и любой электронный прибор, характеризуется предель- ными режимами работы, превышение которых приводит к нарушению нормаль- ной работы прибора н выходу его из строя. гзг Глава 4. Биполярные транзисторы и тирисгоры Рабочий диапазон температур. Нормальная работа транзистора возможна при определенной концентрации носителей заряда во всех его областях. Вместе с тем эта концентрация существенно зависит от температуры.
Так, например, с ростом температуры увеличивается количество ионизированных атомов основного вещества, концентрация неосновных носителей заряда приближается к концентрации основных носителей, и работоспособность транзистора нарушается. Расчет и экспериментальные исследования показывают, что максимальная рабочая температура германиевых транзисторов не превышает 70 — 100 'С, а для кремниевых транзисторов она составляет 125 — 200 'С. Минимальная температура, при которой транзистор может работать, определяется энергией ионизации примесей и теоретически составляет около — 200 'С. Фактически нижний предел ограничивается термоустойчивостью корпуса и допустимыми изменениями параметров, поэтому ее величина составляет -(60 — 70) 'С. Максимально допустимая непрерывна рассеиваемая мощность транзистора.
При прохождении тока через транзистор происходит его нагрев. При этом тепло выделяется главным образом в коллекторном переходе, обладающем наибольшим электрическим сопротивлением по сравнению с другими областями транзисторной структуры. Отвод тепла от коллекторного перехода, так же как и в полупроводниковом диоде, происходит в результате теплопроводности материала, и мошность, рассеиваемая в окружающую среду, определяется соотношением Т„-Т, ~тл-с где ҄— температура коллекторного перехода; Т, — температура окружаюшей среды; й,„, — тепловое сопротивление, определяюшее передачу тепла от коллекторного перехода в окружакпцую среду и зависящее от материала, из которого изготовлен транзистор, и его конструкции.
В справочниках всегда указывается величина теплового сопротивления й,„, и максимальная мошность Р„, которую способен рассеять транзистор при определенной температуре окружаюшей среды. Выделяемая в коллекторе мощность Р,„, = и,,1„не должна превышать максимальную мощность Р„,„. Чтобы это требование выполнялось, на поле выходных характеристик (рисА.19) проводят ограничительную линию: Рк вах ик-б Максимально допустимый ток коллектора. Этот ток ограничивается площадью эмиттера. Превышение этого тока приводит к постепенному разрушению конструкции транзистора. В справочниках всегда указывают величину 1„,„, которую обычно откладывают на поле выходных характеристик транзистора (рис. 4.19). Максимально допустимое напряжение на коллекторе. Это напряжение ограничивается возможностью пробоя коллекторного перехода.
Величина напряжения 2ЗЗ 4.4. Статические характеристики У„зависит от схемы включения и режима работы. Она указывается на поле выходных характеристик транзистора (рнс. 4.19). Превышение этого параметра ведет к пробою транзистора. В транзисторе возможны два вида электрического пробоя: тепловой и лавинный. рис.
4 те Тепловой пробой обусловлен нарушением теплового баланса, когда вследствие недостаточного теплоотвода отводимая от коллекторного перехода мощность оказывается меньше выделяемой в нем мощности Р, = и„б(„. В этом случае, так же как и в полупроводниковом диоде, происходит рост тока, сопровождающийся уменьшением напряжения на переходе. Лавинный пробой возникает вследствие ударной ионизации и лавинного размножения носителей заряда в коллекторном переходе. Лавинное размножение характеризуется коэффициентом лавинного размножения, который равен 1 -Ф (4.31) 1„= М(си,+1„м) = а 1,+ М 1„м. (4.32) Здесь а' = Ма — коэффициент передачи тока эмитгера, учитывающий лавинное размножение.
Если транзистор включен по схеме с ОБ и цепь эмиттера оборвана (1, = 0), то коллекторный переход следует рассматривать как обычный полупроводнико- вый диод, у которого значение и, вычисляется следующим образом: где и — напряжение на коллекторном переходе; и„— напряжение лавинного пробоя, зависящее от схемы включения и режима ра- боты транзистора; к — эмпирический коэффициент, определяемый полупроводниковым материалом. При лавинном размножении носителей заряда происходит увеличение коллек- торного тока транзисторы Глава 4. Биполя иыет торы ити ист (4.33) н„= ар, где а, т — эмпирические коэффициенты; р — удельное сопротивление материала.
В этом случае 1„= М1„„. По мере увеличения напряжения и, а и приближения его к напряжению пробоя, которое в этом случае обозначается У„м„б, ток коллектора теоретически увеличивается до бесконечности (рис. 4.20), практически же значение тока ограничивается сопротивлением резистора, включаемого в цепь коллектора. Рис. 4.20 Рассмотрим режим работы транзистора при иб, = О, В этом случае 1, и О. Ток эмиттера возникает вследствие того, что ток коллекторного перехода М1„м создает на поперечном сопротивлении базы падение напряжения, открывающее эмиттериый переход,что и обусловливает возникновение токаю',.
Вследствие этого улучшаются условия для повинного размножения носителей заряда и уменьшается напряжение пробоя. Оно становится равным У„, „„б (рис. 4:20). Если в цепи базы включен внешний резистор йа то ток коллекторного перехода создает на нем дополнительное падение напряжения. Эмнттерный ток прн этом становится больше, а напряжение пробоя У„,а з уменьшается. Чем больше величина сопротивления резистора Д, тем меньше напряжение пробоя Р„,„„б.. При обрыве цепи базы (йг, — — ) ток базы равен нулю. В этом случае внешнее напряжение и„, распределяется между коллекторным Н эмиттерным переходами, причем к эмиттерному переходу прикладывается прямое напряжение, поэтому возникает ток )'„ге 1- а' где а' = Ма. 235 4Л.
Расчеттоков транзистора При таких условиях напряжение пробоя еще более снижается и становится рав- ным У„„„~. Выразим У, „б через У„бо„~, для этого учтем,.что в схеме с ОЭ при наличии лавинного размножения ~3' определяется следующим образом: а' Ма Р* = — = —. 1- а" 1- Ма (4.34) Следовательно, ток коллектора равен 1'„= р'16 + (В' ~'1)1„м. (4.35) Пробой в данном случае должен наступить при р' — ~ °, то есть при Ма — ~ 1.
Подставим в (4З1) условие М = 1/а и учтем, что и = У,,о „,„а и, = У„щ, 6. 1 1 (4.36) Отсюда получим У„~„,и =й — аУ,~„ (4.37) 4.5. Расчет токов транзистора Для расчета токов реальный транзистор необходимо заменить его эквивалентной схемой, отражающей физические процессы в транзисторе. Такая схема была предложена Эберсом и Моллом. Она представлена на рис. 4.21. Эта схема является идеализированной. Она учитывает только основные явления — прохождение токов через р-и-переходы и передачу токов из одной цепи в другую, каждый р-и-переход представлен в виде диода, а их взаимодействие отражено генераторами токов. Если эмиттерный переход открыт, то в цепи коллектора будет существо- Практически напряжение пробоя У,,о „~ меньше напряжения У„бч„~ в 2 — 3 раза.
В справочниках обычно указывают напряжение У„,„„ие при конкретной величине сопротивления резистора в цепи базы и конкретной температуре окружающей среды. Вторичный пробой. Этот вид пробоя может возникнуть вследствие местного перегрева структуры при увеличении тока, обусловленном лавинным пробоем. В этом случае в локальной области нарушается тепловой баланс и возникает саморззогрев, приводящий к тепловому пробою, сопровождающемуся проплавлением транзисторной структуры. Пробой смыкания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
