Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 50
Текст из файла (страница 50)
У транзисторов с узкой базой, обладающих высоким сопротивлением г,'„постоянная времени С„г' может оказаться соизмеримой с постоянной времени С,г,. Поэтому в справочниках для транзисторов с узкой базой вместо предельной частотыД приводят постоянную времени т„= С„г,'. 4,9. Ч отные Свойства т Нэиото Ь2!б 1-Ь„, (4.126), Из (4.120) вытекает следующее соотношение: иб Ь Ьгм 7. 1+ 7'— Л„, Подставляя это значение в (4.126), получаем 21б Ь2!а 213 (1-Ьи,)+7 — 1 7. (4.127) Введем обозначение: 221„Л2!б 11 Ь2!б) . Тогда модуль коэффициента передачи тока базы будет равен (4.128), (4.129) Частоту 72 называют нредельной чаплотой коэффициента передачи тока-базы.
На этой частоте модуль коэффициента Ь,„уменьшается в Г2 рзз. Учтем, что 1 1-Ь2щ- —. Ь21,+1 Тогда соотношение (4.128) можно представить в виде Л„ Л„,=— ~„+1 (4.130) (4.13$), Таким образом, предельная частота коэффициента передачи тока базы примерно в Ьг„раз меньше предельной часто гьг коэффициента передачи тока эмиттера. В области частот выше 722 тРанзистоР может Усиливать злектРнческие сигналы вплоть до некоторой частотй, на которой ~6214 = 1. Эту частоту называют граничной частотой, Ее можно рассчитать, подставив в (4.129) ~6 21,~ = 1, 7 = 7' и решив относительно 7,э:, (4.13 1') На практике для расчетов иногда используют частоту 7, которую называютмаксимальной частотой генераиии. На этой частоте коэффициент усиления транзис;, тора по мощности становится равным бди)бйив; бйа ойреМяММ форм)!лоФ "'- -' Глава 4.
Биполярные транзисторы и тириоторы Дрейфовые транзисторы В дрейфовых транзисторах акцепторная примесь в базе распределена неравномерно, что достигается диффузионно-сплавной технологией (рис. 4.34, а). В процессе изготовления транзистора на поверхность пластины кремния с равномерным содержанием донорной примеси наносят навеску, состоящую из донорной и акцепторной примесей.
При термообработке доноры и акцепторы диффуидируют на разную глубину (рис. 4.34, б), поэтому результирующее распределение концентрации доноров и акцепторов принимает вид, показанный на рис. 4.34, в, и концентрация акцепторов в сечении хр оказывается больше, чем в сечении х'„вследствие чего в базе возникает внутреннее электрическое поле, распределение потенциала в котором показано на рис. 4.34, а Напряженность ускоряющего поля равна Ф, (х„) ягб ж,(х,') Введем обозначение: 1 1У, (х,) ~6 дг (хр ) Тогда (4.133) Перепад потенциала в базе составляет Ьи =Щйг~ = аи,)тб.
(4.134) Найдем время переноса электронов через базу за счет дрейфа без учета диффузии: ~6 ®б ~б т,= — = (г„16„Ц 16,аи, Учтем, что р, ~ Р„/и, тогда ~6 та аР, (4.135) На частоте выше 1',„, когда Кр<1, транзистор не способен работать в схеме генератора электрических колебаний. Таким образом, транзистор, предназначенный для работы на высоких частотах, должен иметь малую толщину базы, малое объемное сопротивление гб и малую емкость коллекторного перехода. Однако эти требования противоречивы. При уменьшении ширины базы возрастает сопротивление г,'. Увеличение концентрации примеси в базе с целью уменьшения г; приводит к уменьшению ширины коллекторного перехода и возрастанию С„.
Наилучшим образом эти противоречивые требования удовлетворяются в дрейфовых транзисторах. мз 4,9::Частотные свойстве анзнсто +е(т) вие. а.зе Время переноса электронов через базу за счет диффузии без учета дрейфа . И~' т й-. 2В„ (4.136) Глава 4. Биоолярные транзисторы и тиристоры Отношение времени диффузии к времени дрейфа называют каэффициеишом'пол»: п~б ц= — = 2 (4.137) Из (4.134) найдем а и подставим в (4.137). Тогда Ьи 2и, (4,138) Приближенное (при пренебрежении рекомбинацией электронов в базе) выраже- ние для распределения п(х) можно получить из условия постоянства электронно- го тока вдоль базы: д0, — + др„п(х)Я = сопзг. «й(х) Дифференцируя это выражение по х, после несложных преобразований, учитывая (4.
134) и (1.74), получим; с(тп(х) Йт(х) — -а — =О. ~й' с(х Решение этого уравнения имеет вид п(х)=С, +С, ехрах. Коэффициент поля определяется перепадом потенциала в области базы, зависящим от разности концентраций дырок на границах базы, Чем больше перепад концентраций, тем больше коэффициент поля. Практически ц = 1,5-4. Это означает, что время дрейфа через базу в 1,5 — 4 раза меньше времени диффузии. При оценке частотных свойств транзистора следует учитывать как дрейф, так и диффузию. При этом надо иметь в виду, что результирующая скорость не равна сумме скоростей диффузионного и дрейфе~)ого движения. Это объясняется тем, что при наличии поля изменяется распределение концентрации электронов в базе (рис.
4,35), 4Я. Частотные свойства нзист Постоянные интегрирования определяются из граничных условий: ~1 еслих,=О,топ(х) =н(х,); О если хр тэб~ то н(х) О Следовательно, С,= ( ) 'хр'' " ехравб — 1 1 ') ехратэб — 1 В результате получаем: (4.140) Чем сильнее поле (больше коэффициент а), тем меньше изменение концентрации я(х) вблизи змитгерного перехода и больше вблизи коллекторного.'При ц -р' график распределения я(х) стремится к прямоугольному. Из характера распределения н(х) нетрудно сделать вывод о том, что вблизи эмитгера градиент концентрации электронов очень мал и движение электронов происходит главным образом за счет действия сил поля. По мере приближения к коллекторному переходу возрастает градиент концентрации электронов, вследствие чего возрастает диффузионная составляющая тока, а дрейфовая составляющая уменьшается.
Поэтому скорость результирующего движения электронов через базу оказывается меньше суммы скоростей диффузионного и дрейфового движений, но больше скорости диффузионного движения. Так как скорость перемещения электронов через базу дрейфового транзистора больше, чем у бездрейфового, то при одинаковых напряжениях на эмиттерном переходе плотность тока эмиттера у дрейфового транзистора оказывается больше, чем у бездрейфового. Известно, что в бездрейфовом транзисторе плотность тока эмиттера пропорциональна градиенту концентрации электронов в сечении х,: п(х,) тэб В дрейфовом транзисторе плотность тока эмиттера определяется напряженно- стью поля в базе: .1» Фбпнр (хр)~б. Одинаковые токи т'; и т', можно получить, подав на эмиттерный переход дрейфового транзистора меньшее напряжение, чем на эмиттерный переход бездрейфового транзистора.
При этом концентрация электронов в сечении х, в дрейфовом транзисторе должна уменьшиться. Приравняем токи т', и)", и решим полученное ураэнение относительно в,(х,): () "() 1бп тэА 2вв Глава 4. Биполярные транзисторы и тириото ы Учтем (1.74), (4.134) и (4.138) и получим л„(х,) = — '. я(х,) (4.141) л(х) л(хр) хр(хр) рис. 4.ЗЕ 4Л О. Работа транзистора в импульсном режиме При работе транзистора в импульсных схемах различают режимы малого н большого сигналов. При подаче на базу импульсных сигналов малой величины транзистор работает в активном режиме.
В этом случае происходит усиление импульсных сигналов и соблюдается линейная зависимость между напряжениями выходного и входного сигналов. Такой режим характерен, например, для усиления телевизионных сигналов. Работа транзистора в режиме больших импульсных сигналов (такой режим обычно называют ключевым) характерна для цифровых интегральных схем. В этом случае транзистор выполняет функции электронного ключа: он может находиться либо в закрытом состоянии (отсечка), либо в открытом состоянии (насыщение).
Качество работы электронного ключа оценивается скоростью переключения, то есть временем его перехода ю одного состояния в другое. На рис. 4.37, а представлена схема электронного ключа, а на рис. 4.37, б — д — диаграммы, иллюстрирующие его работу. Рассмотрим поэтапно процессы включения и выключения транзистора.
Таким образом, в дрейфовом транзисторе при таком же токе, как и в бездрейфовом, концентрация электронов в сечении х, меньше в 3-8 раз. Вследствие этого уменьшается инжектированный в базу заряд, а значит, и диффузионная емкость, что и обусловливает увеличение предельной частоты передачи тока змиттера 1'„г Распределение концентрации электронов в базе бездрейфового и дрейфового траюисторов при одинаковых токах эмиттера показано на рис.
4.36. 4ЛО;:Работа траизиетера в имссуямсном режиме о Щ ,я и„, о сссс са сс 3 сса и,;с =З сю рссс Глава 4. Биполя ныа транзисторы и т ст Процесс включения транзистора В промежутке времени от О до гр транзистор находится в режиме отсечки. При этом ток коллектора практически равен нулю. Поэтому можно считать, что транзисторный ключ разомкнут, напряжение на коллекторе равно напряжению источника питания Е„„и режим работы определяется точкой А (рис, 4.37, в). В момент времени Гр напряжение импульсного генератора скачком иаменяется от значения У„, до Уи, и в базовой цепи возникает ток 1„, ° сгн/Я,.
В интервале времени от г, до г, происходит заряд барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов. Интервал времени от гр до Г, называют временем задержки включения и определяют соотношением (С, +С„) (У вЂ” П ) гм г1 гр 6! (4.142) 1„(г)=5 1м 1 — ехр— (4.143) Здесь т = 1/2к7'„'. «) гз и(«) гр и «р тр .« «р ««р тр т «р б «р ««р в грие.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
