29_kospect_electro (555831), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Область эмиттера для этого легируют значительно сильнее, чемобласть базы, Рэ>> РБ. Встречный поток электронов через эмиттерный поток значительно меньше.Коэффициент инжекции γ(эффективность эмиттера)γ ~0,9995где Iрэ, Inp – токи дырок и электронов через эмиттерный переход.Iрэ= γ * IэДырки движутся в базе под действием градиента ихРекомбинация дырокконцентрации к коллекторному переходу.с электронами в базе.Чтобы уменьшить рекомбинацию, толщина базы W<<Lr (диф. длина дырок в базе) или W<<LБ - диф. длинане основных носителей в базе: W~0,01мм, L~0,3…1,5мм.Процесс рекомбинации учитывается в ведении коэффициента переноса не основных носителей через базу.χ =Iрк/Iрэ (6.1)где Iрк, Iрэ – токи дырок через коллекторный и эмиттерный переходы.χ ~0,95…0,99Дырки, достигшие коллекторного перехода, дрейфуют через него под действием поля (это экстракцияносителей заряда).Iк= γ∗ χ∗ Iэ – ток дырок через коллекторный переход.При отсутствии инжекции (Iэ=0) через обратно включенный переход протекает тепловой ток IКБО,состоящий из двух дрейфовых токов не основных носителей (электронов в базу, дырок в коллектор).Iк= γ∗χ∗ Iэ+ IКБО = α Iэ+ IКБО, (6.2)α = γ∗ χ - коэффициент передачи тока эмиттера к коллектору; α <1IБ= IЭ –IК - ток в цепи базы, обусловлен изменением заряда и потенциала базы.Изменение концентрации электронов в базе транзистора вследствие:- диффузии электронов из базы в эмиттер навстречу основному потоку дырок;- рекомбинации с дырками в базе;- дрейфа электронов и дырок через обратно включенный коллекторный переход.В цепи базы 3 составляющих тока:(1- γ)* Iэ, (1- χ)* γ * Iэ, выходящие из базы и IКБО, входящий в транзистор через базовый вывод:IБ=(1- γ)* Iэ+(1- χ)* γ * Iэ – IКБО (6.3)Рисунок 6.4.
Схема включения биполярного транзистора в режиме усиленияПри подаче на вход (в цепь эмиттера) входного сигнала и включении в цепь коллектора нагрузки,транзистор работает в качестве усилителя.Режим насыщения:происходит встречная инжекция не основных носителей через p-n-переходы в базу. Сопротивлениетранзистора получается малым. Это соответствует положению транзистора переключателя «отперт».При обратном включении обоих переходов происходит экстракция (вытягивание) не основных носителей избазы через оба p-n-перехода в крайние области. Сопротивление транзистора велико.
Это положение транзистора- переключателя «заперт». Транзистор почти не пропускает токи (очень небольшие обратные тепловые токи).Возможен ещё режим умножения (лавинное умножение носителей заряда в поле коллекторного перехода).Ток в цепи коллектора резко возрастает, и транзистор работает как генератор коротких импульсов с малымвременем нарастания и спада.Для расчета статических и динамических характеристик транзисторов используются модели транзисторныйструктуры на основе двух встречно включенных р-n-переходов.(Модель Эберса-Малла)dI 1dI2I2I1ЭUэIкКUкБРисунок 6.5 Модель из двух встречновключенных идеальных p-n-переходов.Несимметричность структуры биполярного транзистора. Рассмотрим p-n-p – транзистор в активномрежиме.
Эммитерный переход смещен в прямом направлении,а коллекторный переход смещен в обратном направленииВ результате диффузии носителей из эмиттера в базу происходит переход носителей заряда из эмиттера вбазу называется инжекцией, при этом дырки, проходя через всю структуру транзистора, обеспечивают процессусиления.Для эффективности инжекции носителей, чтобы встречная диффузия или инжекция носителей, неучаствующих в процессе усиления транзистора (в p-n-p транзисторе это электроны) через переход из базы вэмиттер была бы значительно меньше.
Для этого область эмиттера легируют значительно сильнее, чем областьбазы, т.е. концентрация основных носителей в эмиттере (дырок) значительно больше концентрации основныхносителей в базе (электронов): Nрэ>>Nnб. Встречный поток электронов значительно меньше, дырки в большомколичестве инжектируются из эмиттера в базу.Коэф.инжекции γ=Iрэ/(Iрэ+Iкэ); γ~0,9995 (6.4)В базе происходит перемещение дырок под действием их градиента концентрации к коллекторномупереходу, при этом имеет место их рекомбинация с электронами (основными носителями.) Условие малостипотерь носителей на рекомбинацию Wб<<Lб (толщина базы),Lб- диффузионная длина не основных носителей, обычно Wб~ 0,01м,Lб~0,3-1,5мм.Коэффициент переноса не основных носителей через базу χ =Iрк/Iрэ(Iэк, Iрэ - токи дырок через коллекторный и эмиттерный переходы).χ ~0,95-0,99;В коллекторном переходе под действием поля вытягиваются в переход:Iк=α Iэ+ IКБОα = γ∗ χ - коэффициент передачи тока эмиттера к коллектору.α - характеризует усилительные свойства транзистора.Рассмотрим Эффект модуляции ширины базы (эффект Эрли).
В Активном режиме ширина эмиттерногоперехода мала и слабо зависит от напряжения Uбэ, это прямое направление. Коллекторный переход обратносмещен, имеет большую ширину Xп. Увеличение Uкб сопровождается увеличением объемных зарядов в переходе(неподвижных ионов-доноров и акцепторов), их увеличение возможно только расширением областей объемныхзарядов, т.е.
при уменьшении толщины базы W.Npnpnp24W1WРисунок 6.6. Иллюстрация эффекта модуляции ширины базы в биполярном тр-ре в активном режиме.Изменение толщины базы, вызываемое изменением напряжения Uкб, называется модуляцией толщиныбазы или эффектом Эрли.При постоянном токе эмиттера, сохраняется градиент концентрации дырок в базе∂ Ν ΡΒ / ∂Χ ,с увеличением |Uкб| уменьшается W, наклон прямой Ν ΡΒ тот же (распределение 1). Тогда изменяетсяконцентрация дырок у эмиттерного перехода, т.е изменяется напряжение на эмиттерном переходе Uэб. Припостоянном Uэб, с увеличением |Uкб|, концентрация дырок у эмиттерного перехода не изменяется, когдаизменяется градиент концентрации дырок в базе (распределение 2), что эквивалентно изменению тока эмиттера.µ=∆ Uэб /∆ Uкб при Iэ=const - коэффициент обратной связи по напряжению.Следствие эффекта Эрли:Модуляция толщины базы приводит (из-за влияния рекомбинации) к изменению тока коллектора.Коэффициент передачи Эммитерного тока α явл.ф-ей напряжения Ukb, Коллекторный переход обладаетдифференциальным сопротивлением.2.
Модуляция толщины базы изменяет время диффузии дырок через базу, т.е напряжение Ukb влияет начастотные свойства транзистора.3.При Модуляция толщины базы изменяется заряд неосновных носителей в базе, которые зависят от Ukb.Коллекторный переход кроме барьерного обладает также диффузионной емкостью.4.Тепловой ток эммитерного перехода.Iэбо при W<<LбIэбо=SэgD/w*NрМодуляция тока Iэбо и ВАХ эммитерного перехода U-ия |Ukb|.Различие дрейфового и бездрейфового транзисторов. Рассматриваются процессы в базе транзистора приразличной легированности примесями. Для увеличения быстродействия биполярных транзисторов используетсяструктура с неоднородным распределением концентрации примесей в базовой области. При этом транзисторпереходит в режим дополнительного ускорения неосновных носителей в базе под действием возникающего вбазе “встроенного” электрического поля.Рисунок 6.7.Процессы в базе транзистора при различной легированности примесями.Возникает «встроенное электрическое поле» - ЕбЕ= Y/W; где Y – падение потенциала вдоль базы Y=Yт*ln (Nбэ/Nбк)Е= Yт/W*ln (Nбэ/Nбк)=2η* Yт/W;η=0,5*ln (Nбэ/Nбк) – фактор поля;tб др., tб б/др – времена пролета носителей через базу в дрейфовом и бездрейфовом транзисторах;tб др.= tб б/др / η (η ~ 3-4 – для кремния2-3 – для германия)Увеличивается скорость движения носителей в базе под действием “встроенного” электрического поля(под действием градиента концентрации основных носителей в базе, которые диффундируют к коллекторномупереходу, обнажая вблизи эмиттерного перехода положительные заряды ионизированных атомов – доноров).Движение не основных носителей в базе носит не только диффузионный, как в обычном сплавномтранзисторе с равномерно легированной базой, но и дрейфовый характер.В результате увеличивается граничная частота коэффициента передачи по току дрейфового транзистора.fдр= η *fб/дрУвеличение концентрации примесей у эмиттерного перехода приводит к увеличению бар.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
