29_kospect_electro (555831), страница 8
Текст из файла (страница 8)
емкости,уменьшают площадь перехода ЭБ.Уменьшение емкости Скб перехода, малая бар., широкий переход.Лекция 7. Физические процессы в биполярных транзисторах (продолжение)Режимы работы биполярных транзисторов. Особенности схем включения биполярныхтранзисторов. Сравнение схем включения транзисторов по входному сопротивлению итемпературной стабильности. Статические характеристики биполярных транзисторов.
МодельЭберса-Молла.В зависимости от напряжений на p-n – переходах различают режимы работы транзистора:- активный режим (напряжение на эмиттерном переходе прямое, на коллекторном – обратное);- режим насыщения (на обоих переходах прямое напряжение – транзистор отперт);- режим отсечки токов (на обоих переходах обратное напряжение – транзистор заперт);- инверсный режим (напряжение на эмиттерном переходе – обратное, на коллекторном - прямое).А.Р. – в усилителях и генераторах.Р.Н. и Р.О. – для переключения, импульсные режимы.И.Р.
– используется в схемах двунаправленных переключателей, использующих симметричные транзисторы, вкоторых обе области имеют одинаковые свойства и геометрические размеры.Три схемы включения:-- с общей базой (ОБ):-- с общим эмиттером (ОЭ):IЭЭIККБIБКIКВходUКЭUЭБUКБВходIББРис. 7.1UЭБIЭЭРис. 7.2-- с общим коллектором (ОК):ЭIБIЭВходБIКUКБUКЭКРис. 7.3Схема с ОБ предоставляет возможность наиболее наглядно изучить свойства транзистора.Схема с ОЭ находит наибольшее применение.Схема с ОК используется в качестве эмиттерного повторителя.Схемы включения транзистора:IЭЭIКЭККIКIЭБ IБUЭББUКБIББОБ (p-n-p)Обладает усилением помощности и напряжению∆UКБ › ∆UЭБ , нет усилениятока: ∆IК ≈ ∆IЭМалое входноесопротивление равноесопротивлениюэмиттерного перехода припрямом включенииIБUКЭUКБUЭБIЭUКБЭОЭ (p-n-p)Широко применяется.Усиление тока инапряжения, т.к.IБ=IЭ-IК ‹‹ IК (IК ≈ IБ)∆UКЭ ›› ∆UБЭ .Входное сопротивление многобольше, чем в схеме с ОБ,т.к.(∆UБЭ)/(IБ)=(∆UБЭ*∆IЭ)/( ∆IЭ*∆IБ) (7.2IККОК (p-n-p)Усиление тока т.к.IБ‹‹IЭ , ∆IЭ››∆IБНет усилениянапряжения.
БольшоевходноесопротивлениеРежимы транзистора в зависимости от поглощения напряжений на p-n переходе:Активный режимРежим отсечкиРежим насыщенияИнверсный режимСхема с эмиттерным входом (ОБ) (транзистор p-n-p типа)Характеристики идеализированного транзистора, учет модуляции толщины базыUКБ‹0IЭUКБ =0IКIЭ(4)IЭ(3)IЭ(2)IЭ(1)UКБ›00UЭБРис. 7.7 Входные характеристикиIЭ=f(UЭБ) приUКБ=0 UКБ ‹ 0 UКБ ›0IЭ=0IКБО-UКБРис. 7.8. Выходные характеристикиIЭ(3) › IЭ(2) › IЭ(1) IR=f(UКБ) при IЭ= constПри увеличении |UКБ| характеристики сдвигаются влево из-за эффекта Эрли.Увеличивается IЭ ← (уменьшается ширина базы)Входные характеристики являются характеристиками p-nперехода, при обратном включении. Однако в транзисторе эмиттер управляет количеством неосновных носителейв базе и в зависимости от ,,,,,,,,,,,,,,.,, инжекции (IЭ) характеристики Iк = f(UКБ) занимают различное положение.Выходные характеристики параллельны оси UКБ,IК= α*IЭ+IКБО(7.3)с учетом эффекта Эрли характеристики становятся заметно наклонными: толщина базы уменьшается, возрастаетα и IR.
При увеличении напряжения на коллекторном переходе может проявиться так называемый эффектсмыкания переходов (в следствии расширения коллекторного перехода на всю толщину базового перехода).ОбластьАктивнаяобластьIК насыщенияОбластьсмыкания0ЕКUКБРис. 7.9На характеристике Iк= f(UКБ) ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,, ,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,{это напряжение смыкания}?????????Схема с базовым входом (ОЭ).Процесс управления транзистором в схеме ОЭ рассматривается с помощью понятия о заряде избыточныхносителей в базе.При увеличении IБ растет отрицательный заряд в базе QБ. База должна оставаться нейтральной, уменьшаетсяположительный заряд ионов доноров (p-n-p транзистор) в слое эмиттерного перехода.Увеличивается IRЗависимостьβ= (∂IК) / (∂IБ)= α /(1 – α),(7.4)IК= β IБ+ IК Э О(7.6)α = (∂IК) / (∂IЭ)Входная характеристика(7.5)IК IКIБIБ3UКЭ=0IБ2IБ1UКЭ‹0IБ=0-UКЭ00UКЭРис. 7.11с увеличением тока базыРис.
7.10Характеристики из-за эффекта Эрли сдвигаютсявправо: с ростом UКЭ уменьшается ∆ Б, сильноувеличивается β так как ?????????????????????Физическая модель биполярного транзистора (модель Эберса- Молла).αII2αNI1ЭКI1= f(UЭ)I2= f(UК)UЭUКНаобоихпереходахдействуетпрямоенапряжение – это режимдвойной инжекции. Токиинжектируемых носителейI1 I2. токи собир. носителейαN I1 αI I2αNαI – коэфициэнтыпередачитокасоответственнопринормальном и инверсномвключении.БРис. 7.12IЭ= I1 + αI I2(7.7)IК= αN I1 + I2I1=IЭО (eU э/(7.8)Из ВАХ-1)φтI2=IКО (eUr / φт-1),(7.9)(7.10)где φ – тепловая инжекцияφ= кТ/q(7.11)IЭО , IКО – тепловые токи переходов.Из модели получаются аналитические выражения для статических ВАХ транзистора:IЭ= IЭО (eU э/ φт -1) - αI IКО (eUr / φт -1)(7.12)IR = αN IЭО (eU э/IБ= (1-αN) IЭО (eU э/φтφт-1) - IКО (eUr / φт -1)(7.13)-1) + (1-αI) IКО (eUr / φт -1) (7.14)Выражения упрощаются приαN IЭО =αI IКО(7.15).Лекция 8.
Физические процессы в биполярных транзисторах ( продолжение )Основные физические параметры биполярных транзисторов. Транзистор как линейныйчетырёхполюсник. Простейшая схема усилительного каскада на биполярном транзисторе. Методыопределения параметров. Работа транзистора в импульсном режиме.К физическим параметрам относятся коэффициенты передачи тока, дифференциальные сопротивленияпереходов, объемные сопротивления областей, емкости переходов и др.
Они характеризуют основные физическиепроцессы в транзисторе. Как будет Показано далее, системы других параметров транзистора тесным образомсвязаны с физическими параметрами. Эта связь позволяет при анализе работы транзистора в той или иной схемеосновываться на физических явлениях в приборе и, таким образом, грамотно решать задачи о рациональномпостроении радиоэлектронных устройств.Статический коэффициент передачи тока базы. Хотя теоретически коэффициенты передачи α и βдля схем ОБ и ОЭ равноправны, на практике удобнее рассматривать β. При изменении параметров структурытранзистора, режимов его работы и температуры, α почти не изменяется в абсолютном значении, оставаясьблизким к единице, в то время, как диапазон изменения β велик. В справочной литературе приводят значения β, ане α. Пренебрегая малым током I КБО и считая I К = I Эп из получаемI= Б ≈β IК1I ЭрI Эп+I ЭрекI Эп+I БрекI Эп(8.1)Объемные сопротивления областей.
Сопротивление эмиттерной области обычно пренебрежимо малоиз-за высокой концентрации примесей. Сопротивление базы определяется размерами структуры ираспределением концентраций примесей в активной и пассивной областях базы. В структуре сопротивлениеактивной базы rБа - это сопротивление в горизонтальном направлении части базового слоя между центром и краемэмиттерного перехода, а сопротивление пассивной базы rБп - это сопротивление между краем эмиттерногоперехода и базовым контактом.
Для транзисторов с тонкой активной базой обычно rБа >rБп. Например, дляструктуры с распределением концентраций примесей, при bЭ = 2 аЭ и аЭБ = аЭ /2 сопротивления rБа = 400 Ом, rБп =100 Ом.Коэффициент обратной связи по напряжению. Коэффициент определяется какµ о.с. =dU ' ЭБdU ' КБ(8.2)при Iэ = const в активном режиме.
Обратная связь обусловлена эффектом Эрлu (эффектом модуляции толщиныбазы).Транзистор как линейный четырехполюсник.Транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, связь между токами и напряжениями в которомпредставляется двумя, в общем случае нелинейными, функциями. В качестве независимых переменных в нихможно выбрать любые две из четырех величин I1, I2, U1, U2.I1I2Для большого класса электронных схем, называемыхлинейными, токи и напряжения складываются изВходВыходU2U1сравнительно больших постоянных составляющих (/= ,U=) ималых переменных составляющих, которые можнорассматривать как малые приращения (∆I, ∆U).Переменные составляющие представляют в этих схемах основной интерес, типичным примером таких схемявляются усилители.
В пределах малых значений напряжений и токов статические характеристики транзистораприблизительно являются линейными. Поэтому функциональные зависимости переменных составляющих такжебудут линейными. Для линейных схем характерна работа транзистора в АР.Система h-параметров. Выберем в качестве независимых переменных входной ток I1 и выходноенапряжение U2, тогда функциональные зависимости имеют вид(8.3)U 1 = f1 ( I 1 ,U 2 )I1 = f 2 ( I1 ,U 2 )(8.4)Для малых приращений токов и напряжений получим:∂U 1∂U 1∆I 1 +∆U 2∂I 1∂U 2∂I∂I∆I 2 = 2 ∆I 1 + 1 ∆U 2∂I 1∂U 2∆U 1 =(8.5)(8.6)Пусть приращения ∆I1, ∆U2 представляют собой малые гармонические колебания с комплекснымиамплитудами I1, U2; приращения зависимых переменных являются также гармоническими колебаниями скомплексными амплитудами U1, I2.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
