Петров К.С. Радиоматериалы и радиокомпоненты (2003) (1152094), страница 51
Текст из файла (страница 51)
4.38 Если Л„и О, то рост тока г„сопровождается уменьшением напряжения и„,. Рабочая точка перемещается из положения А в положение В (см. рис. 4.37, в). При этом скорость нарастания тока определяется постоянной временит„= тр + Я„С„. По мере Здесь С„и ф— усредненные барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов соответственно. Чем больше ток 1„, и меньше емкости транзистора, тем меньше время задержки включения. ' В момент времени г, напряжение на эмигтерном переходе достигает порогового значения У, 0,7 В, переход отпирается, транзистор переходит в активный режим, начинается инжекция электронов в базу (рис.
4.38, а и б) и в цепи коллектора появляется ток 1„(рис. 4.37, г). Если Я, = О, то напряжение и„, сохраняется неизменным, при этом ток г„в интервале времени от г, до г, увеличивается по закону: 4.)О, Работа т анзнсгора в имоульеном жиме -1 г„=г -г, = т,!п 1 — -йж1х б! (4.144) Чем больше ток базы, тем быстрее нарастает ток коллектора. Суммарное время + г„, называют временем включения. Для уменьшения времени включения необходимо увеличивать ток 1м и повышать граничную частоту транзистора. Процесс выключения транзистора В момент времени г4 напряжение на базе скачком уменьшается от значения (1„до значения Уе, и в цепи базы возникает отрицательный ток 1„= (У„ч, — (1,О)/Я„ обусловленный рассасыванием накопленного в базе избыточного заряду.
Этот процесс протекает так же, как и в импульсном режиме диода. При Я„= О измене- ние заряда сопровождается уменьшением градиента концентрации в сечении х', (см. рис. 4,38, в) и уменьшением тока по закону 1„(г) =8 1м -8(1и -1„) 1 — ехр — ), (4.145) т) Здесь т — постоянная времени, обусловленная скоростью рассасывания избыточ- ного заряда.
При Я„м О в интервале времени от г, до г, градиент концентрации в сечении х', сохраняется постоянным (см. рис. 4.38, г), что обусловливает постоянство тока („. Этот промежуток времени называют временем рассасывания. Он находится из соотношения (4.145), в котором надо приняты„(г) = Щ и г = г,„, тогда =с — г =т)п 1б! + ~160~ ~1, .~1.~ (4.148) уменьшения напряжения и„, уменьшается напряжение на коллекторном переходе и в момент, когда станет выполняться условие и„„= и,, — и„„транзистор пе'рейдет в джим насыщения, в базу начнут ннжектироваться электроны из коллектора, а в коллектор — дырки из базы, В момент времени г, транзистор оказывается в режиме глубокого насьццения и коллекторный ток достигает значения 1„, 81, Ток 1а, является минимальным током базы, прн котором наступает глубокое насыщение.
Если 1„< 1, „, то точка пересечения нагрузочной линни с выходной характеристикой располагается правее и режим глубокого насыщения не наступает. Если же 1э, > 1... то после наступления глубокого насыщения положение точки В не изменяется и дальнейший рост тока коллектора прекращается, а база продолжает заполняться электронами. При этом увеличивается концентрация электронов в сечении х,' при сохранении градиента концентрации в этом сечении (рис. 4.38, б).
Поскольку коллекторный переход открыт, то одновременно с накоплением электронов в базе происходит накопление дырок в коллекторе. Процесс накопления избыточных зарядов завершается в момент времени г,. Интервал времени от Г, до г, называют времекемнарастания тока: 2чо Глава4. Биполврныетранзисто ы и ти исто ы Здесьт *та. Время рассасывания увеличивается с ростом отпирающего тока базы !м и умень- шается с увеличением запирающего тока базы 1 .
В момент времени Гз транзистор переходит в активный режим. Ток коллектора начинает убывать по экспоненте с постоянной времени т«, В момент времени г« ток 1„становится равным нулю. Промежуток времени от момента гз до момента Г, называют временем спада.
Он находится из соотношения (4.145), в котором надо принять 1„(г,) = В!«»„„1„(г«) = 0 и т = т» в тогда !в»ва гщ гв г» т»»1п 1+ (4.147) Транзистор с диодом Шотки В транзисторе с диодом Шотки диод включают между базой и коллектором (рис. 4.39, а). Схемное изображение такого транзистора показано на рис. 439, б. Обычно эти транзисторы реализуют в интегральном исполнении (см. раздел «Биполярные транзисторы полупроводниковых ИМС» в главе б). Шунтирование коллекторного перехода диодом Шотки изменяет выходную характеристику транзистора в области малых напряжений и„,. Для того чтобы понять причину различий характеристик, воспользуемся уравнением 4АЗ, полученным при анализе модели Эберса — Молла, Учтем, что и„„= и,, — и„Из (4.148) следует, что коллекторный ток формально имеет две составляющих, одна из которых положительная, другая отрицательная. Положительная составляющая тока создается электронами, перемещающимися из базы Время спада тем меньше, чем больше запирающий ток !«».
Суммарное время г„„„= г,, + г,„называют временем выключения, Если ключ работает на емкостную нагрузку, то длительность времени нарастания напряжения и„, оказывается больше длительности спада тока коллектора 1„ (см. штриховую линию на рис. 4.37, д). Объясняется это тем, что из-за наличия емкости нагрузки С„напряжение и„, изменяется с постоянной временит = т„» + С»л„. Суммируя рассмотренное, можно сделать вывод, что выходной импульс напряжения и„, оказывается инвертированным, растянутым и сдвинутым во времени по отношению к входному импульсу напряжения. Переходные процессы определяют быстродействие ключа, то есть скорость переключения. Быстродействие транзистора зависит от величины накапливаемого в базе заряда, скорости его накопления и рассасывания.
Дрейфовые транзисторы предпочтительнее бездрейфовых, так как в нх базе величина накапливаемого избыточного заряда меньше. Существенного повышения быстродействия можно добиться, уменьшив инжекцию электронов в базу со стороны коллектора и дырок в коллектор со стороны базы. Это достигается путем включения между коллектором и базой диода Шотки. 2т1 4..10 Работа транзистора а импульсном в коллектор. Отрицательная составляющая тока создается электронами, перемещающимися из коллекгора в.базу. Эти две составляющих тока показаны на рис.
4.40, а (графики 1 и 2). Отрицательная составляющая тока появляется при и„„= О, то есть при и„, = и,, 0,7 В. При небольших значениях и„„этот ток незначителен. Заметный ток появляется при и„„около О,б В; то есть при и„, - 0,1 В. Суммирование положительной и отрицательной составляющих тока дает выходную характеристику транзистора (график 3).
Точка пересечения выходной характеристики с нагрузочной линией находится в области глубокого насыщения, поэтому в базе накапливается избыточный заряд из-за инжекции электронов со стороны коллектора. б Рис. Я.зо о Рис. Я.ЯО Если между базой и коллектором включен диод Шотки, то мы имеем дело с двумя. параллельно включенными электрическими переходами, обладающими разными вольт-амперными характеристиками. Вольт-эмперная характеристика диода Шрткн показана на рис.
4.40, б (график 3). Она также начинается при и„, 0,7 В: Однако заметный ток диода Шоткн возникает при и„„около 0,2 — 0,3 В. Суммируя, ток диода Шотки с положительной составляющей тока, мы получаем выход- 272 Глава 4. Биполврныа транзисто ы и тиристоры ную характеристику транзистора.с диодом Шотки (график 3). Точка пересечения этой выходной характеристики с нагрузочной линией определяет режим работы транзистора при подаче на базу отпирающего импульса тока 1„. Эта точка соответствует напряжению и„.
около 0,4-0,5 В, при котором коллекторный переход хотя и открыт, но ток через него настолько мал, что им можно пренебречь и считать, что ток проходит через диод Шотки, в котором, как было рассмотрено в главе 1 (см. подраздел «Контакт полупроводника с металлом»), накопление избыточного заряда не происходит. При этом инжекция электронов в базу со стороны коллектора отсутствует и накопление избыточного заряда в базе транзистора происходит только за счет инжекции со стороны эмиттера, вследствие чего повышается быстродействие. 4.11. Разновидности биполярных транзисторов В настоящее время промышленностью выпускается большое количество биполярных транзисторов различных типов и разного назначения. Подавляющее большинство транзисторов изготовляется из кремния и имеет структуру л-р-л.
Обычно транзисторы классифицируют по допустимой рассеиваемой мощности, предельной частоте и назначению. По мощности транзисторы подразделяют на трн группы. К транзисторам малой мощности относят приборы с рассеиваемой мощностью менее 0,3 Вт. К транзисторам средней мощности относятся транзисторы с рассеиваемой мощностью от 0,3 до 1,5 Вт.
Для транзисторов большой мощности рассеиваемая мощность превышает 1,5 Вт. В каждой из трех групп транзисторы подразделяются на низкочастотные (у < ь 3 МГц), транзисторы средней частоты (3 МГц < ~„< 30 МГц), высокочастотные (30 МГц < ~„< 120 МГц) и транзисторы диапазона СВЧ Ц,„> 120 МГц).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
