Лк10 (975657), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Для нахождения коэффициента инжекции необходимо знать полный ток эмиттера. Для нахождения электронной составляющей тока эмиттера решим уравнение диффузии электронов в p-области эмиттера:

где – коэффициент диффузии электронов в эмиттере, - концентрация электронов в области эмиттера, – время жизни электронов в области эмиттера.

Граничные условия запишем исходя из того, что протяженность области эмиттера много больше диффузионной длины электронов . В активном режиме к эмиттеру приложено прямое напряжение, поэтому:

Решая уравнение (15.14) с граничными условиями, получим:

Тогда выражение для плотности тока электронов в области эмиттера будет иметь вид:

Электронную компоненту тока эмиттерного перехода на границе с базой получим из выражения (15.17) при x=0:

Эмиттерный ток j_Э имеет две компоненты:

где j_рЭ – ток инжекции дырок из эмиттера в базу, j_nЭ – ток инжектированных электронов из базы в эмиттер.

Суммируя дырочную и электронную составляющие тока эмиттера, находим полный ток через эмиттерный переход:

Искомый коэффициент инжекции равен:

Если бы эмиттерный ток целиком состоял из неосновных носителей (γ=1) и все они доходили до коллектора ( =1), то коллекторный ток был бы равен току эмиттера, а коэффициент передачи =1.

Для нахождения коэффициента передачи тока эмиттера найдем еще и электронную составляющую тока коллектора, для этого решим уравнение диффузии для электронов в p-области коллектора

c граничными условиями:

Решение имеет вид:

Электронный ток коллектора

где – равновесная концентрация; – диффузионная длина; – коэффициент диффузии, – время жизни электронов в области коллектора.

Зная электронную (15.25) и дырочную (15.12) составляющие тока коллектора, получаем полный ток через коллекторный переход при x=W:

Определяя приращение коллекторного тока , найдем коэффициент передачи эмиттерного тока в коллекторную цепь:

Поскольку часть инжектированных носителей рекомбинирует на пути к коллектору dI_к<dI_э <1. Для выпускаемых промышленностью транзисторов, обычно,  = 0,95… 0,99.

Уравнения (15.13), (15.21) и (15.27) примут более простой вид, если гиперболические функции, входящие в них, разложить в ряд Тейлора. Учитывая, что :

получим:

Коэффициент переноса зависит от ширины базы W и диффузионной длины неосновных носителей в базе L_pБ.

Учитывая связь основных и неосновных носителей ( , ), можно записать:

15.1.1 Распределение концентрации неосновных носителей заряда в базе

Распределение концентраций дырок в базе можно определить приближенным соотношением:

Таким образом, что концентраций дырок в базе линейно меняется с расстоянием

На рис. 15.6 показано распределение концентраций основных и неосновных носителей в транзисторе. Изменение концентраций основных носителей много меньше их равновесного значения, поэтому можно считать, что концентрация основных носителей в каждой из областей транзистора постоянна.

Распределение токов основных и неосновных носителей показано на рис. 15.7. Токи основных носителей построены на основании следующих соображений.

В области эмиттера протекает независящий от координаты ток I_э, равный сумме токов основных и неосновных носителей. Так как ток неосновных носителей I_nэ(x) уменьшается по мере удаления от перехода, то ток основных носителей I_pэ(x) должен возрастать. Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что процесс переноса носителей через базу – диффузионный, зависящий от градиента концентрации носителей.

Продиффундировавшие через базу без рекомбинации носители попадают в электрическое поле обратносмещенного коллекторного pn-перехода и экстрагируются из базы в коллектор.

Аналогичные рассуждения можно привести и для p-коллектора, в котором протекает постоянный по длине ток коллектора. Разница состоит только в том, что ток I_К меньше тока эмиттера. В активном режиме работы, когда транзистор усиливает входной сигнал, коллекторный переход смещен в обратном направлении. Он "собирает" инжектированные носители, прошедшие через слой базы.

Поток электронов, образующих ток I_nЭ не проходит через коллекторную цепь и не способствует усилению сигнала, поэтому его стремятся сделать как можно меньше. Для этого степень легирования эмиттера задают значительно выше, чем степень легирования базы, тогда инжекционный ток из эмиттера в базу значительно выше инжекционного тока базы в эмиттер.

В процессе диффузии через базу инжектированные неосновные носители (дырки) рекомбинируют с основными носителями в базе (электронами). Для восполнения прорекомбинированных основных носителей в базе через внешний контакт должно подойти такое же количество носителей. Поток электронов создается электронами, поступающими из внешней цепи в базу для восполнения потери электронов из-за их рекомбинации с дырками. Таким образом, ток базы – это рекомбинационный ток. Ток во внешнем контакте базы мал, так как при I_nЭ0 он лишь восполняет концентрацию прорекомбинировавших в базе неосновных носителей заряда.

Коллекторный ток I_к состоит из тока носителей заряда, инжектированных эмиттером aI_э, и теплового тока утечки коллекторного перехода I_КБ0 (индекс «Б» от режима ОБ). Запишем основные уравнения, характеризующие соотношения между токами транзистора:

Ток базы I_Б транзистора будет состоять из трех компонент, включающих электронный ток в эмиттерном переходе , рекомбинационный ток в базе и тепловой ток коллектора I_КБ0.

Тепловой ток коллектора при включении по схеме ОБ I_КБ0 имеет две составляющие: , где I_s - тепловой ток, I_g - ток генерации коллекторного pn-перехода. Ток I_КБ0 - ток обратно смещенного коллекторного перехода.

Таким образом, в биполярном транзисторе реализуются четыре физических процесса:

• инжекция из эмиттера в базу;

• диффузия через базу;

• рекомбинация в базе;

• экстракция из базы в коллектор.

Характеристики

Список файлов лекций