1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 57
Текст из файла (страница 57)
12- 2 ).I»Лв.)1ьТкб)ЬЬв)Рнс. 12-2. Три схемы включештя р - п - р транзистора.а — схема с общей базой; б — схема с общим эмиттером; в — схема с общим коллектором.Схема, показанная на рис. 12-2, а, называется схемой с общ ейбазой (ОБ); напряжения на эмиттере и коллекторе отсчитываютсяв этом случае от напряжения на базе, принимаемого равным нулю.Отсчет напряжений в схемах с общим эм ит т ером (ОЭ) и общ имколлектором (ОК) ведется соответственно от нулевых напряженийна эмиттере и коллекторе.В подавляющем большинстве случаев цепи эмиттера или базыявляются входными цепями, так как к ним подводятся сигналы,подлежащие преобразованию, а цепь коллектора — выходной,в нее обычно включают разистор нагрузки. В схеме ОК выходнойцепью служит цепь эмиттера.Режимы включения.
При любой схеме питания электродовтранзистора источники напряжений можно подключить плюсомили минусом к общему электроду. Таким образом, каждый издвух электронно-дырочных переходов транзистора может бытьсмещен либо в прямом, Либовобратномнаправлении.В соответствии с этим различают четыре основных режима включения транзистора.В активном режиме напряжение на эмиттерпом переходе прямое, а на коллекторном — обратное.
Этотосновной режим включениятранзистора показан на рис.12-2. Режим насыщения соответствует прямым напряжениям на обоих переходах.В режиме отсечки напряжения на обоих переходах обратные. И наконец, инверсный режим характеризуетсяпрямым напряжением на коллекторном и обратным напряжением на эмиттерномпереходе.Принцип работы.Рассмотрим в общих чертахпринцип работы транзисторана его упрощенной модели.В качестве такой моделиизберем сплавной р -п -р транзистор, включенный по схемес общей базой. Будем считать, что плоскости, соответРис.
12-3. Энергетические диаграммыи распределение потенциала в р- п -рствующие металлургическимтранзисторе.границам на переходах трано — без внешних н апряж ений; б — при внешзистора, параллельны, конних р а б о ч и х напряжениях.центрации примесей в эмиттерной и коллекторной областях примерно одинаковы (Ыа э » Л^а.к),а концентрация примесей в базовой области значительно ниже(ЛГд.б < Л Г а.э).Энергетическая диаграмма сплавного р-п -р транзистора в отсутствие напряжений на электродах показана на рис.
12-3, а.Вся система находится в состоянии равновесия и характеризуетсяединым уровнем Ферми. При комнатной температуре практическивсе примесные атомы ионизированы и поэтому уровень Фермивне границ запирающих слоев лежит в р-полупроводниках вышелокальных уровней aкцeптopoвJ а в «-полупроводнике — нижелокального уровня доноров на несколько к Т .Поскольку степень легирования эмиттера и коллектора весьмавысока, большая часть запирающего сл оя в эмиттерном и коллекторном переходах находится в базовой области, удельное соп р отивление которой выше.При подключении к транзистору внешних источников напряжения по схеме с общей базой диаграмма изменяется. В активномрежиме напряжение £7эб подводится плюсом к эмиттеру; энергетическая диаграмма эмиттера смещается вниз, в сторону полож ительных потенциалов и потенциальный барьер в эмиттерном переходе снижается до величины ф^ = фэб — £/ эб- Ширина запирающего слоя уменьшается.Напряжение £7кб подводится в активном режиме минусом к к ол лектору; его энергетическая диаграмма смещается вверх, в ст о рону отрицательных потенциалов, потенциальный барьер в к ол лекторном переходе возрастает до величины ф^д = фкб + | Е / к б |»а ширина запирающего слоя увеличивается.В результате снижения потенциального барьера на эмиттерномпереходе из эмиттера в базу начинается диффузионное движениеосновных носителей.
Поскольку концентрация дырок в эмиттеревыше концентрации электронов в базе (р рэппб), коэффициентинжекции у весьма высок.Вследствие инжекции дырок из эмиттера в базу концентрацияих в базе повышается. Появившийся вблизи перехода в базе о б ъ емный положительный заряд дырок почти мгновенно за время диэлектрической релаксации компенсируется зарядом электронов,входящих в базу от источника и об- Цепь тока эмиттер — базаоказывается замкнутой (рис. 12-4, а).
Электроны, пришедшие^ базу, устремляясь к эмиттерному переходу, создают вблизи н егоотрицательный объемный заряд, почти полностью компенсирующийзаряд, образованный дырками. Вблизи эмиттерного перехода, таким образом, имеется область повышенной концентрации электронов и дырок. Вследствие разности концентраций возникает Диффузионное движение дырок и электронов по направлению к колл ектору.
В транзисторах ширина базы выбирается такой, чтобы врем яжизни неосновных носителей заряда — дырок было бы значительнобольше времени их движения в базе. Таким образом, подавляю щее большинство дырок (практически около 99% и более), инж ектированных из эмиттера, не успевает рекомбинировать с эл ектронами в базе.
Вблизи коллекторного перехода дырки попадаю тв ускоряющее поле коллекторного перехода и втягиваются в к о л лектор. Происходит экстракция дырок из базы в коллектор. Электроны же, число которых равно числу ушедших в коллектор д ы р ок,устремляются в базовый вывод. Цепь тока коллектор — б а з азамыкается.Таким образом, ток, / э текущий через эмиттерный переход, я в ляется управляющим током, от которого зависит ток 1Кв цепи к о л -лектора — управляемый ток. Ток базы I в представляет собойразность управляющего и управляемого токов (ток рекомбинации дырок в базе); основные носители базы — электроны прикомпенсации движения дырок через эмиттерный и коллекторный переходы движ утся в выводе базы в различных направлениях.Иначе говоря, в рассмотренном режиме через транзистор протекает сквозной ток: от эмиттера через базу к коллектору.
Неко-а)Рис. 12-4. Движение носителейзарядов (о) и токи в транзисторе (б).торая, незначительная часть этого тока вследствие рекомбинации в толще базы ответвляется в цепь базы (рис. 12-4, б).Вообще говоря, током текущим через транзистор, можноуправлять, изменяя напряжение на любом из двух электроннодырочных переходов. Однако, степень зависимости эмиттерного,а следовательно, и коллекторного тока от напряжений ¿7эв и и кбв активном режиме различна.К эмнттерному переходу приложено прямое напряжение, ипоэтому ток через этот переход, а значит и коллекторный токсильно зависит от напряжения IIэв‘, возрастая с увеличениемэтого напряжения по экспоненциальному закону. Таким образом,изменяя напряжение на эмиттерном переходе, можно легко ив значительных пределах управлять током, текущим в транзисторе.Иным образом зависит значение этого тока об обратного напряжения на коллекторном переходе. Даже если напряжение и кб —= 0 , дырки, прошедшие через базу и приблизившиеся к кол л екторному переходу, увлекаются контактным полем § к переходав коллекторную область.
Подключение обратного напряжения С/кбприводит к увеличению поля в коллекторном переходе до величины—ёк + ёвш где ёвн — поле за счет подключения напряженияГ/КБ. Однако при этом коллекторный ток практически не изменяется, так как независимо от величины ускоряющ его поля,в коллектор переходят все дырки, к'оторые приходят к коллекторному переходу и число которых определяется лишь числом инж ектированных из эмиттера в базу дырок и их рекомбинацией в базе.Таким образом , транзистор отвечает требованиям, к о т о р ы епредъявляю тся к электронным п ри борам — п реобр а зова тел я мэлектрических сигналов: л егкостью управления током в п р и б о р есигналом в его входной цепи и п о возм ож ности меньш им в л и я нием напряж ения в выходной цепи на значение этого ток а.Как уже отмечалось в гл.
4, среди электровакуумных п р и боров этим требованиям наилучшим образом удовлетворяет пентод,в котором величиной анодного тока можно легко управлять,изменяя напряжение в его входной цейи (управляющая сетка —катод), и в котором влияние выходного (анодного) напряженияна этот ток минимально.Отличие транзистора от пентода, с этой точки зрения, закл ю чается в иной характеристике входной цепи.
В пентоде входноесопротивление /? вх = (ШС1/с11С1 при отрицательном напряжениина управляющей сетке, когда отсутствует сеточный ток ( / С1 = 0 ),бесконечно велико. В транзисторе ввиду сильной зависимостивходного (эмиттерного) тока от входного напряжения и эв припрямом включении эмиттерного перехода входное сопротивление/? вх = й £ /э б /^ э весьма мало. Следовательно, в пентоде вы ходной — анодный ток зависит от входного напряжения, прилож енного между управляющей сеткой и катодом. В транзисторе в х од ное напряжение £/эб управляет входным током I д, от к отор огозависит выходной ток / к .
П оэтому транзистор иногда называютприбором, управляемым током, в отличие от электронных ламп —приборов, управляемых напряжением.. Рассмотренные свойства транзистора позволяют использоватьего в схеме усилителя сигналов, а при введении положительнойобратной связи — и в схеме генератора колебаний. Работу транзистора с нагрузкой в выходной цепи как усилителя мы рассмотрим ниже (§ 12- 6).12-2. ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ТРАНЗИСТОРЕИ ЕГО ФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫМногие физические процессы, протекающие в транзисторе, ипараметры, их характеризующие, были рассмотрены, в гл. 11применительно к полупроводниковым диодам. Это — п роц ессинжекции неосновных носителей в базу, коэффициент инжекции уи уровень инжекции 6 ; некоторые физические процессы в базе(модуляция сопротивления базы, поле в базе и др.); составляющие прямого и обратного токов в переходе, а также емкостипереходов.Однако транзистор в отличие от полупроводникового диодасодерж ит два взаимосвязанных электронно-дырочных перехода ипоэтому процессы в транзисторе характеризуются кроме указанных выше рядом других физических параметров.
Эти параметрыиспользуются для характеристики таких процессов, как разветвление эмиттерного тока на токи / б и Гц (взаимосвязь междуэтими токами) влияние напряжения на одном из переходов напроцессы в базе транзистора и на ток в другом переходе, и др.Токи в транзисторе. При рассмотрении принципа работы транзистора мы установили, что в активном режиме дырки, инжектированные из эмиттера, движ утся затем в базе и втягиваются полемколлекторного перехода, образуя коллекторный ток I к. Вследствие рекомбинации в базе и других причин / к < I э- На основании закона Кирхгофа для токов в цепях электродов транзистораможно записать:/э= ^к + ^ б-(12-1)В активном режиме к эмиттерному переходу приложено прямое напряжение и через переход течет ток / э, который содержитсоставляющие I эр и / э „ — токов инжекции дырок из эмиттерав базу и электронов из базы в эмиттер, а также составляющую/ц г — тока рекомбинации в эмиттерпом переходе (током утечки/ э у пренебрежем):1 э = 1 эР-\- ^эп + ^эг-( 12-2 )Обычно концентрация дырок в эмиттере значительно вышеконцентрации электронов в базе р рэп пб и / э р/ эп (коэффициент инжекции у да 1).
Т ок рекомбинации I э г составляет заметную долю в общем токе только при малых прямых напряжениях(для кремниевых транзисторов при и < 0,2 В). При более высокихнапряжениях I э рI э г- Поэтому для тока эмиттера можнозаписать:/э ^ /з р .'(12-3)Т ок коллектора — это ток через переход, к которому в активном режиме приложено обратное напряжение. Помимо обратноготока, который в общем случае согласно ( 11- 11) р а в е н /0бр = / 0 ++ 1Й + / , через коллекторный переход протекает ток экстракциидырок из базы в коллектор1к.р = 1ър — 1ът>(12-4)равный дырочной составляющ ей эмиттерного тока за вычетом тока,обусловленного рекомбинацией дырок в базе.При достаточно высоких обратных напряжениях £7Кб в коллекторном переходе возможно размножение носителей за счетударной или полевой генерации.Таким образом, если пренебречь током / у, ток коллектораравен:/ к ^ М ( / Кр + /к * + /к о ).(12-5)где М — коэффициент размножения носителей в запирающемслое, определяемый соотношением (10-59).Для кремниевых приборов, как это отмечалось в § 11-2, ток/ к г ^ / к о и последним слагаемым в скобках (12-5) можно пренебречь.При обычных режимах работы транзистора, когда напряжениеи к в значительно меньше напряжения п робоя, М х 1 и для.токаколлектора можно записать:/ к я « / Кр + / к в -( 12 - 6 )Гок базы может быть определен как разность токов эмиттераколлектора.Обратные токи переходов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
