1629382485-048081f33d7067cb67d6bd3d4cee7eee (846428), страница 58
Текст из файла (страница 58)
Обратным током коллектора (илиэмиттера) называют ток при заданном обратном напряжении наколлекторном (или эмиттерном) переходе при условии, что цепьдругого перехода разомкнута: / э = 0 (или / к = 0 ).Поскольку в этих условиях / эр = 0 и, следовательно, I к р = 0,то обратный ток коллектораи7 кбо = 7 к « + / ко>(12-7)определяемый процессами генерации н оси тел ей ви коллекторном переходе, представляет со б о йколлекторе, базене управляемуюпроцессами в эмиттерном переходе часть коллекторного т о к а х.Ток /к б о играет важную роль в работе транзистора в активномрежиме, когда к оллекторн ы й переход находится под обратны мнапряжением.Соответственно обратный ток эмиттера / э б о представляет собойсоставляющую эмиттерного тока, значение к оторого определяетсяпроцессами генерации носителей в эмиттере, базе и в областиэмиттерного перехода.
Этот ток имеет важное значение при работетранзистора в инверсном режиме (эмиттерный переход включенв обратном направлении).Помимо токов I к б о и /э б о » измеряемых в режиме холостогохода в цепи эмиттера или коллектора соответственно, в транзистореразличают также обратные токи / к б к и / э б к 1 Индексы в обозначениях токов имеют следующ ий смысл. Первая букваобозначает электрод, в цепи которого течет ток ; в торая буква обозначаетобщий электрод; третья буква характеризует режим цепи между двумядругими электродами: О — разомкнутая цепь, К — короткозам кнутая цепь,к — заданная величина сопротивления в цени, X — заданное напряжениемежду электродами.Ток / к б к , текущ ий через коллекторный переход при обратномнапряжении на этом переходе, измеряется в условиях короткогозамыкания цепи эмиттер — база.
Аналогично ток /э в к — это токв эмиттерном переходе при обратном напряжении на этом переходе и при условии, что цепь коллектор — база замкнута накоротко.Ток / Кбк > 1 к п о и ток / ЭБК > ^эро, так как в режимаххолостого хода и короткого замыкания цепи эмиттера или коллектора законы распределения неосновных носителей в базе различны.Этот вопрос мы рассмотрим ниже, при обсуждении процессов в базетранзистора.Коэффициенты передачи тока. С учетом понятия обратноготока коллектора ток / к для активного режима работы следуетпредставить как сумму двух составляющих: тока / к б о и частиэмиттерного тока, который определяется потоком носителей,инжектированных в базу и дошедших (за вычетом рекомбинировавших в базе) до коллекторного перехода.Следовательно,^/ к = а ^ э + ^кБО-( 12- 8 )Величинаа = ^ - .{ кбо/э( 1 2 _д )'называется коэффициентом передачи эмиттерного тока.
Обычноа < ; 1 . В инверсном режиме (коллекторный переход включенв прямом, а эмиттерный — в обратном направлении) ток эмиттераравен:/э = а / / к + /эБО(12-10)Величинааг = -7к(12 -1 1 )■называется инверсным коэффициентомтока. Как правило, аг <С а.передачиколлекторногоС помощью коэффициентов а и а / можно установить связьмежду обратными токами:^кбо = ^к б к (1 — а « / ) ;I ЭБО =/э б к (.1(1 2 -1 2 )(12-13)Для анализа работы транзистора на переменном токе (с сигналами малых амплитуд) вводят дифференциальный коэффициентпередачи эмиттерного тока<7/кад = Т /ГСвязь между а и ад легко установить, дифференцируя (12-8)по / э:ад = а + / а ^.(12-15)Практически в активном режиме при не слишком больших у р о в нях инжекции а мало меняется при изменении эмиттерного ток а.Тогда без большой погрешности мож но нолагать:ад яаа.(12-16)Коэффициент передачи эмиттерного тока определяется нетолько характером движения носителей в базе и вероятностьюих рекомбинации, но также процессами в эмиттерном и кол л екторном переходах.
Поэтому коэффициент а обычно представляютв виде произведения коэффициентов, характеризующих проц ессыв базе и в обоих переходах:а = у а па * .(12-17)Здесь7= ^ -(12-18)ап= ^(12-19)— коэффициент инжекции;Эр— коэффициент переноса дырок через базу к коллектору;а* =( 12 - 2 0 )7к Р— коэффициент, • характеризующий эффективность коллектора,т.
е. долю дырочного тока в общем токе коллектора. В отнош ениях(12-18)—(12-20) / 0р и / Кр — соответственно дырочные составл яю щие эмиттерного и коллекторного токов.Коэффициент инжекции у уже рассматривался в гл. 11. В транзисторах при N a эЛ^д о величина у близка к единице.Коэффициент ап переноса дырок через базы, естественно, зави сит от соотношения ширины базы и диффузионной длины.
Е говеличина определяется соотношением [24].( 12- 21 )РОбычно в транзисторе и>/Ьр < 0,20,3 и, следовательно,а„ да 0,95 -г- 0,98.Коэффициент а* может увеличиться за счет эффекта лавиннойионизации в коллекторном переходе. Однако при не слиш комвысоких значениях £7кб > соответствующ их нормальным услови ямработы транзистора вдали от области пробоя, этот эффект пре-небрежймо мал (М « 1). Электронная составляющая тока черезколлекторный переход также незначительна вследствие низкогозначения пр в коллекторе. Поэтому коэффициент а* можно считатьравным единице.Таким образом, для коэффициента а можно записать:а ^ у а п.( 12- 22)В сп л а вн ьт транзисторах база пе может быть сделана оченьтонкой (w > 20 мкм) и коэффициент а определяется в основномкоэффициентом а п.
В транзисторах с более тонкой базой главнуюроль играет коэффициент инжекции у.В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, входным током служит ток базы I б, а выходным, как и в схеме ОБ,ток коллектора /к - Д ля схемы ОЭ, широко применяемой в радиотехнических устройствах на транзисторах, используется коэффициент, передачи базового тока р. Выражение для (5 можно получить, подставляя в ( 12 - 8) соотношение ( 12- 1) п решая его относительно тока / к:=+(12-23)Запишем это выражение в виде/ к = Р-Тб + / кэо -(12-24)Р — 1—а(12-25)ЗдесьиТкэо == (1 + Р) -Ткбо •(12-26)— обратный ток коллекторного перехода в схеме ОЭ при / Б = 0.Выражение (12-25) определяет связь между коэффициентами аи р.Выражение для коэффициента передачи базового тока р легкополучить, комбинируя соотношения (12-24) и (12-26)!Д1 К ~ / КБО4 . 7 ------••'б + ^ к б оР= // л п 0-74(12-27)Для анализа работы транзистора на переменном токе (с сигналами малых амплитуд) используют понятие дифференциальногокоэффициента передачи базового токаIIIтUK 3 = c o n s t(12-28)Дифференциальный коэффициент рд связан с интегральнымкоэффициентом следующим соотношением:Рд = Р + (^Б + 1 к бо ) - ^ ~ .(12-29)Зависимость ^ ( I б) более существенна, чем зависимость а (/э ) Если же этой зависимостью без большой погрешности можно пренебречь, полагая (1$/й1ъ = 0 , тоРд~Р-(12-30)Поскольку а да 0,95 -*■ 0,99, величина (5 составляет несколькодесятков или даже сотен.Здесь уместно напомнить, что рассматриваемые физическиепроцессы характеризуют работу транзистора в стационарном активном режиме.
Переходные процессы, связанные с быстрыми скачкообразными изменениями напряжений и токов, или же с воздействиями напряжений высокой частоты, пока не учитываются.Вообще же процессы движения носителей в базе — процессы инерционные и поэтому коэффициенты а и | 5 зависят от частоты.Эти вопросы будут рассмотрены в § 12-7.Итак, токи в транзисторе определяются рядом физическихпроцессов в электронно-дырочных переходах и в объеме базы,характеризуемых соответствующими параметрами.
Физическиепараметры играют важную роль при анализе работы транзисторана переменном токе с сигналами малых амплитуд. Большинствоэтих параметров являются дифференциальными величинами ииспользуются в качестве так называемых малосигнальных параметров транзистора, которые рассматриваются в § 12- 6 .Рассмотрим основные процессы и физические параметры намодели сплавного транзистора, работающего в активном р е жиме.Процессы в эмиттерном переходе. Под воздействием прямогонапряжения С/эб через эмиттерный переход происходит инжекция неосновных носителей — процесс, характеризуемый коэффициентом инжекции у (11-14) и величиной уровня инжекции б (10-32).В результате инжекции через переход течет ток, компонентыкоторого были рассмотрены выше (§ 12- 2 ).Важным параметром, характеризующим зависимость I э == /(С/эб)) служит величина дифференциального сопротивленияэмиттерного перехода гэ диф.Полагая U Kв — const и пренебрегая пока влиянием этогонапряжения на процессы в эмиттерном переходе, запишем дляэмиттерного тока:(12-31)или(12-32)где I эбх — обратный ток в эмиттерном переходе при заданномобратном напряжении ¿7кб-Сопротивление гэ ДИф можно определить, дифференцируя выражение (12-32), в котором единицей можно пренебречь, так какпри не слишком малых напряжениях ¿7эб ток / э > / э б х >кТ I(12-33)е1э |С/кб = С0Пз1*Емкость эм ит т ерного перехода Сэ, как и вообще электроннодырочного перехода, содержит в качестве составляющих барьерную Сэ бар и диффузионную Сэк емкости.
Физический смысл этихемкостей рассмотрен в § 10-6. Там же приведены соотношения,определяющие их величины. Используя (10-70) для диффузионной емкости эмиттерного перехода, можно записать:(12-34)Барьерная емкость может быть определена по соотношению( 10 - 66 ):где 13 — ширина запирающего слоя в эмиттерном переходе прии эб = 0 ; 5Э — площадь эмиттерного перехода.Процессы в базе транзистора. В результате инжекции в базена границе эмиттерного перехода, так же как и в диоде, образуетсяизбыточная концентрация дырок. Процесс компенсации образовавшегося объемного заряда дырок электронами был рассмотренв § 11-2 при обсуждении аналогичного процесса в диоде.В транзисторе в отличие от диода база заключена междуэмиттерным и коллекторным переходами и поэтому закон изменения концентрации неосновных носителей в базе отличается отзакона (10-35), характерного для диода с тонкой базой.Закон изменения концентрации неосновных носителей в базетранзистора мож но получить, решая уравнение (9-113) и полагаяпри этом, что граничные условия определяются заданным дырочным током / Эр = у 1 а на границе эмиттерного перехода (при х = 0 )и обратным напряжением ¿7кб на коллекторном переходе (прих— и>).Решение уравнения (9-113) для этого случая имеет вид:Игде, (12-35)При условии, что II кб < О, I С/кб |>■ —ИV)Ьр, что сп раведливо для транзистора в активном режиме, выражение (12-35)упрощается:I!х \=<12 '3 7 )Отсюда следует, что закон распределения неосновных носителей в базе транзистора в активном режиме и режиме насы щения линейный.Рис.
12-5.Распределение неосновных носителейтранзистора(дырок) вбазеа — активный режим; б — на границе активного режима и режима насыщения; в — при измерении токов ¿Ц Б Ки *К Б О (г У< г — режим насыщения;д—режим отсеч ки .Пользуясь полученными соотношениями, можно показать распределение неосновных носителей в базе для различных режимовработы транзистора (рис. 12-5). Па этом рисунке протяженностьбазы (0 — т), соответствующая границам эмиттерного и коллекторного переходов, показана без учета изменения ширины запирающего слоя при различных напряжениях С/эб и С/кб- И зрис. 12-5 видно, что концентрация р ( ш) = р п0 только при С/Кб == 0 ; при £ / к б < 0в результате экстракции неосновных носителей р ( и>) — 0, а при С/цб > 0 (режим насыщения) р (и;) > р п0.График рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
