14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919), страница 11
Текст из файла (страница 11)
е. толькочерез активную часть базы. Лишь немногие носители отклоняются отнаправления, перпендикулярного эмиттерному переходу, и некоторыеиз них рекомбинируют на поверхности.В связи с тем, что большинство носителей в транзисторе, работающемв активном режиме, движется по параллельным путям, с достаточнойдля практических целей точностью их распределение можнорассматривать как одномерное, т.
е. можно считать, что концентрацияносителей изменяется только в направлении x, перпендикулярномплоскости эмиттера или коллектора.Градиент концентрации неосновных носителей заряда в базетранзистора можно считать постоянным, а концентрацию носителейзаряда в базе - изменяющейся по линейному закону. Это показано нарис.5.16, где пунктирная горизонтальная линия отмечает равновесноезначение концентрации электронов в базе. Чем выше прямоенапряжение эмиттера, тем больше концентрация электронов в базе уэмиттерного перехода.Рис.5.15.
Потенциальная диаграмма транзистораРассматривается случай, когда к эмиттеру приложено прямоенапряжение, а к коллектору - обратное. Потенциал базы принят равнымнулю.Распределение концентрации неосновных носителей заряда в базеЗначения токов в транзисторе зависят от распределения в немнеосновных носителей заряда. На это распределение влияют многиефакторы - геометрические размеры транзистора, параметры егоматериала, состояние поверхности, токи через переходы, напряжения наних и т. д.Рис.5.16. Распределение концентрации неосновных носителей заряда вбазеС ростом обратного напряжения коллектора, концентрацияэлектронов в базе у коллекторного перехода уменьшается.99100Модуляция толщины базыЭффект ЭрлиСущность эффекта Эрли состоит в том, что при увеличении обратногонапряжения на коллекторном p-n - переходе он расширяется.Расширение в основном происходит в сторону базы как болеевысокоомного слоя, при этом ширина базы уменьшается (рис.5.17).Рис.5.18.
Пояснение эффекта КиркаБ = f(Iэ).Iэ - (Q-)кп , (Q+)кп - (Рис.5.17. Пояснение эффекта Эрли= f(Uк).кп =Б (так как nn >> pp).кпУменьшение ширины базы приводит к тому, что значительное числонеосновных носителей проходит базу, не рекомбинируя в ней, и,следовательно, больше носителей заряда попадает в коллектор, вызываярост тока коллектора.кп)Б,(кп)К-Б.Следствие:1. Быстродействие = f(Iэ);2.
Iэ - Б - Iрек - ( =f(Iэ)).Основные схемы включения биполярных транзисторовПрименяют три основные схемы включения транзисторов вусилительные или иные каскады (рис.5.19). Эти схемы включениятранзисторов называют соответственно схемами с общей базой (ОБ),общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).Следствия:1. tпрол = f(Uк) => быстродействие зависит от Uк;2. Uк - Б - Iрек - ( =f(Uк)).Эффект КиркаСущность эффекта Кирка состоит в том, что ширина базового слоязависит от тока эмиттера (рис.5.18).Рис.5.19.
Основные схемы включения транзисторов101102В этих схемах один электрод является общим для входной и выходнойцепи. Под входом (выходом) подразумевается точка приложенияпеременного сигнала.Iэ = f(Uэб), при Uкб=constОпределение режима работы транзистораПример.1) ЭП - открыт,2) КП - закрыт.Следовательно, режим работы транзистора активный.Статические характеристики биполярных транзисторовЗависимости между токами и напряжениями в транзисторахвыражаются статическими характеристиками транзисторов, снятымипри постоянном токе и отсутствии нагрузки в выходной цепи.Характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзисторов идля практических расчетов транзисторных схем.Схема с общей базойВходные характеристикиСемейство входных статических характеристик транзистора,включенного по схеме с общей базой, представлено на рис.5.20.Рис.5.20.
Входные статические вольт-амперные характеристикибиполярного транзистора, включенного по схеме с общей базойОбщий характер этих зависимостей определяется p-n-переходомэмиттера, включенным в прямом направлении. Поэтому по внешнемувходные характеристики похожи на прямые ветви ВАХ диода.Смещение входных статических характеристик при увеличенииабсолютного значения напряжения на коллекторе объясняется тем, чтонапряжение на коллекторе влияет на концентрацию носителей зарядаоколо него и изменяет толщину базы из-за изменения толщиныколлекторного перехода. Эти причины приводят к увеличениюградиента концентрации неосновных носителей в базе с увеличениемабсолютного значения напряжения на коллекторе при постоянномнапряжении на эмиттере.Следовательно, с увеличением абсолютного значения напряжения наколлекторе и при постоянном напряжении на эмиттере возрастает токэмиттера, т.
е. характеристики смещаются вниз.Таким образом смещение обусловлено эффектом Эрли:U кб Б grad n rб , в результате чего: U эб при I э const , I э при U эб const .На рис.5.21. дается представление поперечного сопротивлениябазового слоя транзистора rб103104Рис.5.21. Поперечное сопротивление базового слоя транзистораНачальный ток эмиттера (Iэ)нач обусловлен полем Uк. Для объясненияэтого может быть использована диодная модель транзистора (рис.5.22).Рис.5.22.
Диодная модель транзистора, объясняющая (Iэ)начВыходные характеристикиСемейство выходных статических характеристик транзистора,включенного по схеме с общей базой, представлено на рис.5.23.Iк = f(Uкб), при Iэ=const.Так как (Rвых)тр << Rист, то источник рассматривается как генератортока.Рис.5.23. Выходные статические вольт-амперные характеристикибиполярного транзистора, включенного по схеме с общей базойОбщий характер этих зависимостей аналогичен обратной ветви ВАХдиода, так как коллекторный переход включен в обратном направлении.Смещение выходных статических характеристик вверх приувеличении тока эмиттера соответствует принципу действиятранзистора.Через коллекторный переход проходит ток и при напряжении наколлекторе, равным нулю, т.
е. при коротком замыкании коллектора сбазой. Это связано с наличием градиента концентрации неосновныхносителей заряда в базе транзистора при инжекции носителей изэмиттера, т. е. при существовании тока эмиттера. Чтобы ток коллекторастал равным нулю, на коллектор должно быть подано прямоенапряжение (работа в режиме насыщения).Все семейство характеристик условно можно разделить на три части.1. Активный режим.
Для него характерна слабая зависимость Iк отUкб. Подъем характеристик обусловлен:1) Эффектом Эрли,2) Iкбо = f(Uкб).С учетом эффекта Эрли:Iк=Iэ + (Uкб/rкп) + Iкбо,где rкп - дифференциальное сопротивление обратносмещенногоколлекторного перехода (~1 МОм).(5.1)1051062. Пробой коллекторного перехода. Из-за низкой концентрациипримеси в коллекторе механизм данного пробоя лавинный.Чем больше токи Iэ, Iк, тем меньше напряжение пробоя Uпроб.3. Режим насыщения. Для него характерна сильная зависимость Iк отUкб.Для пояснения этого используется рис.5.24.Рис.5.25.
Иллюстрация неэквидистантности выходных характеристикСхема с общим эмиттеромВходные характеристикиа)Семейство входных статических характеристик транзистора,включенного по схеме с общим эмиттером, представлено на рис.5.26.Iб = f(Uбэ), при Uкэ=constб)Рис.5.24. Пояснение режима насыщения биполярного транзистораТак как Uпер = Uкб - Urб, то при Uкб - (Uпер)обр меняется на (Uпер)пр -Iк .Выходные характеристики в семействе являются неэквидистантными(рис.5.25) из-за нелинейной зависимости коэффициента передачи токаэмиттера (Iэ).Рис.5.26. Входные статические вольт-амперные характеристикибиполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттеромОбщий характер этих зависимостей аналогичен характеру подобныххарактеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой, таккак ток базы является суммой обратного тока коллектора IКБО и107108рекомбинационной составляющей, которая примерно пропорциональнатоку эмиттера и представляет собой малую часть тока эмиттера.Смещение входных статических характеристик вверх в выбраннойсистеме координат при увеличении абсолютного значения напряженияна коллекторе связано с уменьшением общего количества неосновныхносителей заряда в базе и, следовательно, с уменьшением количестварекомбинирующих носителей.
Поэтому уменьшается составляющаятока базы, обусловленная рекомбинацией, при постоянном напряжениимежду базой и эмиттером.При наличии напряжения на коллекторе и токе базы, равном нулю, навыводе базы существует напряжение, которое объясняется падениемнапряжения на сопротивлении p-n-перехода эмиттера. Поэтому входныестатические характеристики для схемы с общим эмиттером смещаютсяво второй квадрат при UКЭ 0.схемы с общей базой выходные характеристики схемы с общимэмиттером имеют значительно больший наклон, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
