Гусев - Электроника (944138), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Для количественной оценки составляющих полного тока р-и-перехода используют козфтбицие>пп инжекции у = 1э„~(1э„+1э.) = 1э„. 1э, где 1э„и 1э„— --дырочная и электронная составляющие гока р-и-перехода; 1э — -по;шый ток р-п-перехода. Дырки, инжектированные в базу, создают вблизи р-иперсхода электрический заряд, который в течение времени (3 — 5) т, компенсируется электронами, приходящими из внешней цепи от источника С~в.
Аналогично, заряд электродов в эмизгере компеисзирустся дополнительными дырками, но так как инжекция приближается к односторонней, то эти процессы можно не рассматривать. Приход электронов в базу из внешней цепи создает в последней электрический ток который направлен из базы. Вследствие разности концентраций (в диффузионных транзисторах) и разности концентраций и внутреннего электрического поля ~в дрейфовых) инжектированные в базу носители заряда и носители заряда, компенсировавшие их заряд и тем самым обеспечившие электронейтральность базы, движутся в глубь ее по направлению к коллектору.
Если бы база была достаточно толстой (И')31.), то все инжектированные носители заряда рекомбинировали бы в ней и в области, прилегающей к коллекторному р-п-переходу, их концентрация стала бы равновесной. Тогда через коллекторный переход протекал бы обратный ток, равный току обратносмсщенного р-п-перехода. Однако во всех реальных транзисторах ширина базы И' во много раз мспыпе диффузионной длины, т. е.
И'« 0,21.. Поэтому время эзсн зли неосновных носителей заряда в базе во .нного раз больше времени, необходимого д.т.я прохоэкдепия ими базы. Большинство дырок, инжектированных в нее, не успевают рскомбинировать с электронами и, попав вблизи коллекторного р-л-перехода в ускоряющее поле, втягиваются в коллектор (экстракция дырок). Электроны, число кот'орых равно числу дырок, ушедших через коллекторный переход, в свою очередь„ уходят через базовый вывод, создавая ток 1",, направленный в базу транзистора. Таким образом. ток через базовый вывод транзистора определяют две встречно направленные составляющие тока. Если бы в базе процессы рекомбинации отсутствовали, то эти токи были бы равны между собой, а результирую~ций ток базы был бы равен нулю.
Но так как процессы рекомбинации имеются в любом реальном транзисторе, то ток эмиттерного р-л-перехода несколько больше тока коллск~орного р-л-перехода. Относи~ельное число неосновных носителей заряда, достигших коллекторного перехода транзистора, характеризуется коэффициентом переноса и=р'„!р',=1к,)1э,, где р'„, р', — -концентрация дырок, прошедших через коллекторный и эмиттсрный переходы; 1к, 1э — токи коллскторного и эмиттерного переходов. созданные лырками.
Дырки в базе являются неосновными носителями заряда и свободно проходят через запертый коллекторный р-л-переход в область коллектора. За время, определяемое постоянной времени диэлектрической релаксации т„они компенсируются электронами. созлающими ток коллектора и приходящими из внешней цепи. Если бы рекомбинация в базе отсутствовала и существовала бы чисто односторонняя инжекция, то все носители заряда, инжектированные эмиттером, достигали бы коллекторного перехода и ток эмиттера был бы равен току коллектора. В действительности голько часть у тока 'эмитт'ера составляют дырки и только часть их х доходит до коллскторного перехода.
Поэтому ток коллектора, вызванный инжекцией неосновных носителей заряда через эмиттерный переход. равен 1„= аз; з = ух, где и — коэффициент передачи эмиттерного тока. Кроме тока„вызванного инжектированными в базу нсосновными носителями заряда, через р-л-переход, смещенный в обратном направлении. протекает обратный неуправляемый ток 1кво. ПРичины его возникновсниЯ те же, что и в единичном р-л-переходе. Поэтому результирующий ток коллекторной цепи 1к ~1э+ 1КБО (2.
31) Изменение напряжения, приложенного к эмиттерпоыу переходу, вызывает изменение количества инжектируемых в базу Рис ' "! Экииииггсигиия схсии и.гсииибироииииого триизисгори неосновных носителей заряда и соотвегсгвующее изменение тока эмиттера и коллектора. Следовательно, для изменения по определенному закону коллекторного тока необходимо к эмитт'ерному р-и-переходу приложить напряжение, изменяющее по этому закону ток эмгптера. Математическая модель транзистора. Общая эквивалентная схема транзистора, используемая при получении математической модели, показана на рис. 2.2!. Каждый Е!-л-перехог! предс!авлен в виде диода, а их взаимодействие отражено генераторами токов.
Если эмиттерный р-и-переход открыт, то в цепи коллектора будет протеказь ток, несколько меньший эмитгерного (из-за процесса рекомбинации в базе). Он обеспечивается генератором тока хн1, (хн< !). Индекс Ег! означает нормальное включение, Так как в общем случае возможно и инверсное включение транзистора„при ко!ором коллекторный р-н-переход открыт, а эмигюрный смещен в обратном направлении и прямому коллскторному току 1 соотвегствуег эмитгерный ток х,Е,, в эквиваггентную схему введен вгорой генератор тока хг1з, где о., - коэффициент передачи коллекзорного тока.
Таким образом, токи эмитгера и коллектора в общем случае содержат две составляющие: инжектируемую (1, или 1,) и собираемую (хг1з или хя1,): э 1 !! б' к н 1 2' (2.32) Эмиттерный и коллекторный р-л-переходы транзистора аналогичны р-и-персходу диода. При раздельном подключении напряжения к каждому переходу их вольт-амперная характеристика определяется гак же, как и в случае диода. Однако если к одному из р-н-переходов приложить напряжение, а выводы другого р-и-перехода замкнуть между собой накоротко, то ток, протекающий через р-н-переход, к которому приложено напряжение, увеличится из-за изменения распределения неосновных носителей заряда в базе. Выражения (2.
! 9), (2.20) примут вид 1! =1:гг(е! "''" !)' 1 =1»т(е'« ' — !), (2.33) где Е'„тепловой ток змиттерного 1г-н-перехода, измеренный при замкнутых накоротко выво- "гб об!! дах базы и коллектора; 1»т тепловой ток коллекторного рп-перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах ба- э гг зы н эмиттера. г!гэб) ~ ! Ньб Ргб б бтб ! Связь »!ежду тепловыми !оками р-и-переходов Екг, включенных раздельно, и гспловымн токами 1», „1'„получим из (2.32) и (2.33). Пусть Ха=О. Тогда 1, =и,Х,.
При ( — (Хкв(«дарг 1, = — Хкт. Подставив эти выражения в (2.32), для тока коллектора получим Г„т=1 т((1 — и и,). Соответственно для 1эт имеем Г,г —— Хэт~(1 — и„и,). Токи коллектора и эмиттера с учетом (2.33) примут вид 1 = Гэт(ео»к" — 1) — и,Хкт(ео ек — 1); (2. 34) Хк — — ин1эт(ео и' — 1) — Хкт(е" гч — 1). На основании закона Кирхгофа .ток базы Ха=Хо — 1.=(1 — „)Х' (е '" — 1)+(1 —,)Гк (ео«"' — 1).
(2.35) При использовании (2.32)--(2.35) следует помнить, что в полупроводниковых транзисторах в самом общем случае справедливо равенство ив Хэт = иг Хкт. (2. 36) Решив уравнения (2.34) относительно 1„, получим Хк=инХэ Хкт(е "' 1). (2,37) Это уравнение описывае г выходные характеристики трапшстора. Уравнения (2.34), решенные относительно (/эв, дают выражение, характеризующее идеализированные входные характеристики транзистора: (/„=<р, 1п ~1,/1'„+1+и„(ео '" — 1)3. (2.38) В реальном транзисторе кроме ~спэювых токов через переходы протекают токи генерации--рекомбинации, канальные токи и токи утечки. Поэтому 1кт, Гкт, Хэт, Гэт, как правило, неизвестны.
В технических условиях на транзисторы обычно приводят значения обратных токов р-л-переходов 1„-ы„ Хэво. определенные как ток соответствующего перехода при нсподключенном выводе другого перехода. Гели р-н-переход смещен в обратном направлении, то вместо теплово~ о тока можно подставлять значение обратного тока. т. е.
считать. что Хкт — Х„во и Хэт 1эго. В первом приближении это можно делать и при прямом смещении р-н-перехода. При этом для кремниевых транзисторов вместо дг следует подставлять трг, гдс коэффициент т учитывае~ влияние гоков реального перехода (т=2 —:4). С учетом этого уравнения (2.34)„(2.36) часто записывают в другом виде, который более удобен для расчета цепей с реальными транзисторами: 1 =- )ин!эво(ев """' — 1) — Хкво(е" " ' ' — 1Ц; (2.39) чв 1э= — ~1эво(е ' ' !) а~1кво(е "' "' !)з3' (2")0) (2.4!) ах 1эьо = аз 1«во где г„„ф — — — — — дифференциальное сопротивление заперс кь сзь. того коллекторного р-л-перехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
