Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 17
Текст из файла (страница 17)
5Л. ТРАНЗИСТОР Зеепттер зппп кплеектпр Рнс. 5.17. Выходные характеристики транзистора в схеме с ОБ Рис. 5.16. Транзистор Реализовав два р-и перехода на небольшом расстоянии друг от друга, как это схематично показано на рис. 5.16, получим плоскостной транзистор, На левом эмиттерном р-и переходе создается смещение в прямом направлении, на правом коллекторном р-а переходе — в обратном.
В полупроводнике, находящемся между эмиттерным и коллекторным р-и переходами, образуется область, которую называют базой. Области по обе стороны от базы называют соответственно эмиттером и коллектором. Принцип работы транзистора. Рассмотрим принцип работы транзистора. Когда ключ о на рис. 5.16 разомкнут, ток в- цепи эмиттера отсутствует, При этом в цепи коллектора имеется небольшой ток, называемый обратным током коллектора и обозначаемый !'хно (буква О в индексе от слова «обратный», поэтому неправильно обратный ток коллектора называть нулевым). Этот ток очень мал, так как при обратном смещении коллекторного перехода потенциальный барьер велик и непреодолим для основных носителей — дырок коллектора и свободных электронов базы. Коллектор легирован примесью значительно сильнее, чем база.
Вследствие этого неосновных носителей в коллекторе значительно меныпе, чем в базе, и обратный коллекторный ток создается главным образом неосновными носителями: дырками, генерируемыми Рис, бдв Обедненные сион в транзисторе и нотеннвальнан диаграмма в результате тепловых колебаний решетки в базе, и электронами, генерируемыми в коллекторе. Выходные характеристики. На рис.
5.!7 приведены выходные характеристики транзистора, включенного по схеме, приведенной на рис. 5.16. Для рассматриваемого р-и-р-транзистора принято отрицательное напряжение коллектор — база откладывать вправо по оси абсцисс. Нижняя кривая соответствует разомкнутому положению ключа в цепи эмиттера и показывает зависимость обратного тока коллектора от напряжения на коллекторном переходе.
Замыкание ключа в цепи эмиттера приводит к появлению тока в этой цепи, так как смещение эмиттерного р-и перехода в прямом направлении понижает потенциальный барьер для дырок, переходящих из эмиттера в базу, и для электронов, переходящих из базы в эмиттер. Нас интересуют только избыточные дырки, попадающие из эмиттера в базу, потому что только они создают приращение коллекторного тока. Говорят, что эти дырки инжектируются в базу через переход. В базе обычного транзистора электрическое поле отсутствует, поэтому дальнейшее движение инжектированных дырок определяется процессом диффузии. Так как толщина базы транзистора зна.
чительно меньше длины свободного пробега дырки до рекомбинации, то большая часть инжектированных дырок достигает коллекторного перехода, благодаря чему коллекторный ток увеличивается. Семейство выходных характеристик транзистора показано при некоторых постоянных значениях эмиттерного тока. Модуляция толщины базы. Выходные характеристики, соответствующие отрицательным значениям напряжения коллектор — ба.
за, в правом верхнем квадранте идут почти горизонтально, но все же с небольшим подъемом. Чтобы объяснить это, рассмотрим потенциальную диаграмму транзистора, приведенную на рис. 5.18, где также показаны обедненные слои транзистора. Отметим, что так как эмиттер и коллектор сильнее легирозгтитагер валс ггаааамтмзз вавы примесью сгем база то эти слон сосредоточены главным образом в базе.
В самом деле, легко убедиться, П~ ззз что объемные заряды справа и слева и от перехода при неодинаковой нх конева центрации одинаковы только при разных объемах, занятых обедненными слоями по обе стороны перехода 1рнс. 5.19). Возвращаясь к рис. 15.18, видим, что эффективная толщина базы и ~, т. е, расстояние в базе между границами обедненных слоев, меньше тол- и «тип ата л-вам Рис. 5.19. Распределение обедненного слоя прн р>п Рис. 5.20. Распределение тока амиттера р= ((и — скво(Лар называется коэффициентом переноса неосновных носителей через базу. Здесь (1к — скво 1 — приращение тока коллектора, вызванное током змиттера; (ар — дырочная составляющая тока эмиттера. Эффективность эмиттера н коэффициент переноса определяют коэффициент передачи тока в режиме большого сигнала Ьа,з.
Этот коэффициент равен Ьмн= )(к — 1нпо1/(а= — уй. (5.19) Знак «минус» здесь связан с выбором положительного направления тока коллектора (базы, эмиттера); положительным принято шины базы ш. Увеличение отрицательного напряжения на коллекторе расширяет обедненный слой коллекторного перехода и, следовательно, вызывает уменьшение эффективной толщины базы. Это явление носит название эффекта модуляции толщины базы (или эффекта Эрли).
Модуляция толщины базы объясняет некоторый подъем выходных характеристик нрн увеличении отрицательного напряжения коллектор — база. Коллекторный ток при этом увеличивается, так как меньшая часть дырок теряется в базе на пути от эмиттера к коллектору вследствие рекомбинации с электронами. Распределение токов и коэффициент передачи тока.
До сих пор мы рассматривали только дырочиую составляющую эмиттерного тока в транзисторе. В действительности эмиттерный ток образуется как дырками, так и электронами (рис. 5.20). Коллекторный ток в транзисторе создают только дырки. Поэтому эффективность змиттера у определяется как у=сап((сэр+сэ ), где гар — дырочная составляющая тока эмиттера; ра„— электронная составляющая тока эмиттера. Не все дырки, инжектнрованные в базу у эмиттерного перехода, достигают коллекторного перехода. Часть дырок, не достигая коллектора, рекомбннирует с основными носителями в базе— электронами.
Отношение считать ток, направленный внутрь транзистора — в коллектор (базу, эмнттер). Для увеличения коэффициента передачи тока в режиме большого сигнала необходимо повышать как у, так и р. Эффективность эмиттера у повышают более сильным легированием эмиттера по сравнению с базой. Когда концентрация дырок в эмиттере много больше концентрации свободных электронов в базе, ток эмиттера в основном состоит из дырок и эффективность эмиттера приближается к единице.
Повышения коэффициента переноса р добиваются уменьшением концентрации примеси в базе вследствие чего уменьшается рекомбинация неосновных носителей — дырок — с основными носителями — электронами. Уменьшение рекомбинации достигается также уменьшением толщины базы гэ. Коэффициент переноса неосновных носителей через базу можно также повысить рациональной конструкцией транзистора. Например, увеличивая площадь коллекторного перехода по сравнению с площадью эмиттерного перехода, можно увеличить число дырок, достигающих коллектора.
Коэффициент ймв является важным параметром транзистора. У хороших транзисторов он достигает значений, очень близких по абсолютной величине к единице. Например, ~Азы~ может равняться 0,99 нли быть еще более близким к единице. У плоскостных транзисторов в нормальном режиме Ймв никогда не превышает единицы. Из распределения тока (см. рис.
5.20) видно, что базовый ток является частью эмиттерного тока. Поэтому физическое направление базового тока всегда совпадает с током эмиттера. За пределами базы, т. е. в базовом выводном проводнике, базовый ток является электронным. Электроны поступают в базу для восполнения электронов, рекомбиннровавших в базе с дырками.
Подробнее о работе транзисторов см. (5, 61. ЗЛ. СХЕМА С ОБЩЕИ БАЗОИ В предыдущем параграфе при рассмотрении принципа работы транзистора постоянные напряжения на эмиттер и коллектор подавались относительно базы, выполняющей роль общей точки. Такая схема вкл1очения транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Схему, приведенную па рис. 5.16, можно преобразовать в усилитель напряжения.
Для этого в цепь эмиттера включают источник переменного напряжения, которое нужно усилить, а в цепь коллектора включают сопротивление нагрузки и снимают с него усиленное переменное напряжение. Схема такого усилителя показана на рис. 5.21. В этой схеме использовано общепринятое условное изображение транзистора и-р-п-типа. У транзистора л-р-п-типа полярность напряжений, подаваемых на эмиттер и коллектор, противоположна полярности напряжений в схеме с р-п-р-транзистором, Рис.
5.2П Схема усилителя с ОБ Коэффициентом передачи напряжения Кп называют отношение амплитуд или действующих значений переменных напряжений на выходе (Увмх) и на входе ((/,„) усилителя. Входом усилителя являются зажимы змиттер — база, а выходом считается вход следующего каскада или зажимы, к которым подключается внешняя нагрузка. Как правило, сопротивление йг, во много раз превышает входное сопротивление транзистора переменному току Й„: Йа)) Авх (5.20) Лля схемы с ОВ входное сопротивление транзистора очень близко к дифференциальному сопротввлению диода: г, = га = 25/Уь (5.21) где 1,— постоянная составляющая тока эмиттера, мА.
Поэтому можно считать, что ток от источника сигнала — генератора (Е„ Лг), показанного на рис. 5.21 — не ответвляется в сопротивление Я, н целиком течет в эмиттер. Емкость разделительного конденсатора С, берут достаточно большой, чтобы выполнялось условие А'с1~ (Ег+ (т',х), (5.22) где )с,— сопротивление источника переменного напряжения; Е,ив входное сопротивление транзистора, равное для данной схемы га; Хс,= Ь Сь (5.23) При выполнении условий (5.20) и (5.22) входной переменный ток !вх = Ег1 (А г + А вх ) ° (5.24) Чтобы не проявлялась нелинейность входной характеристики, необходимо иметь сопротивление источника сигнала гтг))гтвх.
Для выполнения этого условия при малом сопротивлении источника сигнала включают дополнительное сопротивление. Таким образом, в данном случае можно считать 1вх = Егlйг. (5.25) Выходные характеристики транзистора (см. рис. 5.17) почти параллельны оси абсцисс. Это говорит о том, что выходное сопро'- тивление транзистора для переменного тока в схеме с ОБ очень велико и составляет несколько мегаом. Выходное сопротивление транзистора в схеме с ОБ на практике всегда много больше сопротивления нагрузки.
Поэтому можно считать, что выходной переменный ток не зависит от сопротивления нагрузки и равен (5.26) Параметр Ьмб, называемый коэффициентом передачи тока при малом сигнале в схеме с ОБ в режиме короткого замыкания кол'- лекторной цепи, по определению равен оГк () Ь„,= ' () бяэ 8кх =СООЭЬ Коэффициент Ь,ш является характеристикой передачи малого сигнала в отличие от введенного ранее параметра Ь„н, являющегося характеристикой передачи большого сигнала.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
