Главная » Книги и журналы

1 2 3 4 5 6 7 8 ... 24

хода &kftei(>ty, Щ^ь ВнеШйие ЬЛект)роды npoteKaibf токи насыщения.

Режим насыщения (III) (saturation region) t/,,>0, с'В' Если оба Р'П перехода смещены в прямом на-

правлении, то неосновные носители инжектируются через оба (слагаемые 4 5) запирающих слоя в базу, которая вследствие этого насыщается дырками. Начинается интенсивная рекомбинация, обусловливающая значительный приток электронов в базу, и возможности управления токами в транзисторе практически исключаются.

Активный режим (II) (active region) /V,, >0 0) t/,, <С0О 0). Если один из р-п переходов смещен в


прямом направлении, а другой - в запирающем, то ток неосновных носителей течет через базу, причем обычно в силу определенных конструктивных соображений - от эмиттера к коллектору (нормальное включение). В принципе коллектор и эмиттер .можно поменять местами (инверсное включение).

В зависимости от типа 1зключе1!ия одно из слагаемых 4 ил:1 5 cin-иовится равным нулю, хотя это jpaHUMiioe \словпс (р{\Х^){) нрн - С'В'т) 1еоднократно нод1к-рсл,!()е1, критике, т;п< k;ik н:: -лоуо

условия должно следовать, чю скороеi[, носичслеС! зар^ла нп iра-нице базы с коллектором должна б^пь бесконечно велика. Однако уточненное граничное з]1ачеп)1е ]]е приводит к еко.шкочтбудь существенным поправкам, так что от усл01И1Я p(W)=() пет необходимости отказываться.

При иор-мальном включении эмиттер инжектирует неосновные носители в базу, по из базы слабый электронный ток инжектируется в эмиттерную область. Его величина, вообще говоря, зависит от уровня инжекции, но при наличии высокоомной базы, как правило, мала. Дырки же, инжектируемые в базу, достигают (за исключением малой их доли, рекомбинирующей в базе) коллекторного запирающего слоя, а затем в виде дрейфового тока движутся к омическому контакту коллектора. С другой стороны, электроны, генерируемые в р-области. коллектора, вследствие диффузии достигают коллекторного перехода и попадают в базу. Будучи в этой области основными носителями, они могут участвовать в рекомбинации, а кроме того, двигаться в направлении эмиттера, обеспечивая протекание в нем диффузионного тока. Недостающее для осуществления этих двух про-

Ь6Ъ1 коЛи11ест6о элёкТ1оной йтекает в базу через базовый электрод, хотя в определенных режимах в базе может оказаться избыток электронов, которые будут вытекать из базы. Приток или отток электронов происходит таким образом, что в базе все время сохраняется электронейтральность.

Легко понять, что активный нормальный режим дает возможность использовать транзистор для усиления. Действительно, рассмотрим, что произойдет, если напряжение на входе транзистора U,, медленно изменится

на величину U,,.

Это изменение повлечет за собой изменение эмиттерного тока на величину Д/, причем коэффициентом пропорциональности между этими приращениями является диффузионное сопротивление raUrllE [формула (1.54)]. Вследствие того, что градиент концентрации неосновных носителей в базе в первом приближении во всех точках изменяется на одинаковую величину, в коллекторной цепи возникает изменение тока, примерно равное Мс. При наличии высокоомной нагрузки Rl и большого коллекторного напряжения (запирающее направление!) на выходе транзистора можно получить большое изменение

напряжения: Ш^,, 11 .

При инверсном включении никаких особых новых эффектов не возникает, если только для ослабления влияния поверхностной рекомбинации плон1.ади эмиттера и коллектора берутся неодинаковыми (рис. 2.2).

При нормальном включении не все дырки, инжектируемые в базу, попадают в запирающий слой кол;1екто-ра; часть из них диффундирует в иаправлении поверхности исходной пластинки л-гермаиия (главным образом в пределахкольца вокруг коллектора) и там рекомбини-рует. Чтобы уменьшить эти потери, площадь поверхности Ас выбирается больше площади эмиттера Ле. Такие геометрически несимметричные транзисторы имеют в инверсном включении плохие электрические свойства, так как значительная часть дырок, инжектированных коллектором, погибает из-за поверхностной рекомбинации на пластинке германия со стороны эмиттера. Если усилительные свойства транзистора должны быть одинаковыми при нормальном и инверсном включении, то для этого должна иметь место, по крайней мере, геометрическая симметрия (симметричные транзисторы). Эти



грайзйсторы имеют ббд^ьШое мачение для создайн* качественных схем, в которых транзисторы работают в ключевом режиме (см. гЛ. 15).

Слагаемые 2-5 в уравнении (2.6) определяют вид диффузионного хвоста , когорый возникает в структуре с короткой нейтральной областью {W<Lp). Критерием, характеризующим процесс рекомбинации, является различие градиентов концентрации в начале и в конце диффузионного пространства (базы), иными словами, наличие прогиба иа графике распределения концентрации неосновных носителей.

Если этот прогиб мал, то соответственно малы потери носителей за счет рекомбинации. Значит, чем меньше W по сравнению с Lp, тем с большей уверенностью в ряде расчетов диффузионный хвост может быть заменен диффузионным треугольником . В случае Lp-оо треугольник был бы идеальным. Распределение концентраций в базе описывается в таком случае суммой двух линейных зависимостей рх{х) и р2{х) [формула

(2.5)], т. е. общее распределение как бы состоит из двух диффузионных треугольников . При запертом коллекторе {-с'в' 4(7т) концентрация р(/пс) падает практически до нуля и распределение концентрации изображается уже только одним треугольником.

Изображение распределения концентрации носителей с помощью диффузионных треугольников , очень наглядно, особенно прн рассмотрении поведения заряда в базе. Запасенный в ней заряд рассчитывается как

Q = Aq \ p{x)dx = Aqp,W{\

(е- +

> *

(2.7)

Множитель [ch{W/Lp)~l]l{WILp) sh(I/Lp) в случае W<Lp приближенно (с точностью до 0,77о) равен 0,5, и поэтому для заряда Q+ получается хорошее приближенное соотношение

Аор, (е

0>

(2.8)

которое показывает, что общий, запасенный в базе заряд пропорционален площади диффузионных треуголь-

ников , определяемых

и

и

и

с'в

(рис. 2.5).

2.2. Уравнения вольт-амперных хвМКтерисгик транзистора

Исходные уравнения. В соответствии с исходными предположениями внешние токи h и 1с представляются в виде суммы диффузионных токов неосновных носителей, протекающих через эмиттер и коллектор, т.. е.

1е=1ер + 1еп, Ic - lcp + lcn, Ib=Ie-Ic- (2.9)

Из уравнения переноса носителей для рассматриваемых диффузионных компонентов тока получаются соответствующие выражения: у эмиттера

, I

qKDn

у коллектора

qADn

dn dx

(2.10)

Введение неодинаковых площадей эмиттера и коллектора при рассмотрении одномерной модели транзистора не обязательно, и в дальнейшем эти величины из расчетных соотношений исключаются.

При совместном решении уравнений (2.9) и (2.10) для токов и уравнений (2.4) для распределения концентраций получаются выражения для вольт-амперных характеристик внутреннего транзистора:

и

ехр

177

ехр

и

и

ехр

и

(2.11)

ехр

где I- ток насьщения эмиттера (эмиттер заперт)

ток насыщения коллектора (коллектор заперт)

[- -

и

с'в



iecs - передаточный ток насыщения эмиттера при короткозамкнутом эмиттере и запертом коллекторе

CEs -передаточный ток насыщения коллектора при короткозамкнутом коллекторе и запертом эмиттере

в то время как передаточные токи насыщения (главным образом дырочный ток) связаны с напряжением, приложенным к рядом расположенному !переходу, истинные токи насыщения характеризуют собственно запирающие слои. Эти токи состоят из дырочного и электронного компонентов:

IEs~ Iesp+ 1е8п\ Ics~ Icsp + I

(2.12)

причем каждый из них дается соответствующими уравнениями:

lisp

qA,D

qA,D

cth

(2.13a)

qA,D

С

(2.136)

с £ 5

и sh W L

(2.13в)

Токи иасыщеимя, определяемые уравнениями (2Л2), гак же как и токи насыщения р-п перехода, зависят от соотношения длин диффузии и размеров нейтральных областей. Эти соотношения, а также неравенство площадей эмиттера и коллектора, объясняют тот факт, что в несимметричных транзисторах чаще всего -/csp>

Поскольку области эмиттера и коллектора значительно более сильно легированы, чем область базы, электронные компоненты тока насыщения малы по сравнению с дырочными. По этой причине при анализе процесса передачи тока в базе можно принимать во внимание только передаточные токи насыщения [Ices, Iecs), поскольку электронные компоненты общих токов Ies, Ics создают лишь дополнительную нагрузку для внешних источников напряжения,

Для того чтобы охарактеризовать иижекционные свойства переходов, вводятся понятия: эффективность эмиттера


Iesp~ esn

(2.14a)

и эффективность коллектора

(2.146)

Для транзистора, работающего в активном режиме Па эффективность эмиттера является одной из наиболее важных величин. Этот параметр должен быть как можно ближе к единице, чего можно достигнуть, если создать базу более высокоомной но сравнению с эмиттером. Передаточные токи насыщения не зависят от геометрии транзистора и при А^=Ас равны друг другу:

(2.15)

Условие (2Л5) показывает, что транзистор, работающий в статическом режиме, является пассивным элементом, поскольку в этом случае он всегда потребляет энергию. Нелинейность его статических вольтамперных характеристик принимается как явление второго порядка. Для случая изменяющихся процессов условие (2.15) имеет другой вид. Токи насыщения имеют величины порядка нескольких микроампер. Например, для одного из типов германиевого маломощного (pvlOQ мВт) низкочастотного транзистора можно привести следующие данные: /es = 9,5 мкА; -/£Cs = 9,l мкА; -Ices = = 9,35 мкА; -/с8= 11.9 мкА. Соответствующие значения для кремниевых транзисторов меньше на несколько порядков. Важно отметить, что токи насыщения сильно зависят от температуры.

Уравнения вольтамперных характеристик в виде, удобном для практических исследований. Уравнения вольт-амперных характеристик транзистора в форме, где токи насыщения записаны в явном виде, представляются неудобными (главным образом с точки зрения методики измерения), поскольку для определения этих токов необходимо выполнить условие, когда в зависимости от




конкретной задачи надрйжбнне на каком-либо за-пирак^-щем слое должно быть равно нулю.

Однако вследствие наличия сопротивлений Гд,д, г^, , г^, при коротком замыкания на внешних зажимах транзистора не удается достигнуть желаемого условия.

Если ввести в раюомотренне две удобные безразмерные величины, называемые статическими козффициен-там'И передачи тока An, Aj, to с их помощью можно исключить из анализа по -крайней мере передаточные токи насыщения:

лрямой коэффициент передачи тока при нормальном включении

А

Ar/A

ch-+ -

AJAp

Esp J P

(2.16a)

обратный коэффициент передачи тока при инверсном включении *

А

CEs Cs

А


А

(2.166)

(2.17)

Представление о коэффициентах An и Aj перенесено в теорию плоскостных транзисторов из теории точечного транзистора, где они называются коэффициентами усиления. Но как в том, так и в другом случае этот термин неточно отражает суть дела, поскольку обычно An, и особенно Л/, меньше единицы**). Причиной того, что An

*) Отношение площадей Ас/Ае при рассмотрении одномерной модели считается равным единице. В уравнениях (2Л6) оно оставлено для того, чтобы указать на особенности поведения реального транзистора.

*> В переводе монографии в дальнейшем ©место термина коэффициент усиления по току* принят термин коэффициент передачи тока .-Ярил. ред.

И Ai меньше единицы, является наличие объемной и поверхностной рекомбинаций в базе, а также неравенство площадей эмиттера и коллектора {Ае<Ас).

Потери на объемную рекомбинавдю учитываются статическими коэффициента!мн переноса:

при нормальном включении

ch WIL,

при инверсном включении

А

ECs Csp

Л г/Л

ch W/Lp

(2.18)

причем степень отклонения этих величин от единицы характеризует рекомбинационные потери.

Согласно этому простому анализу величины обоих коэффициентов примерно равны, но в реальных условиях при инверсном включении величина Л л меньше Лдм (из-за поверхностной рекомбинации).

При толщине базы WLp можно получить из (2.18) более простое выражение для Лд-Г.

Л

(2.19)

тока An и Л/ эффективности

Статические коэффициенты передачи можно представить как произведения эмиттера (соответственно коллектора) и коэффициентов переноса:

AnYeAnu Ai=ycAn. (2.20)

Таким образом, статический коэффициент передачи тока связан как с явлениями на границах запирающего слоя, так и с явлениями в области базы, причем при некотором уточнении в этом выражении можно учесть также потери на поверхностную рекомбинацию, а также эффект размножения носителей при высоких напряжениях на коллекторе.

Наряду с введением статических коэффициентов передачи тока в'ведение так называемых остаточных токов вместо токов насыщения также дает значительное преимущество, особенно с точки зрения методики измерения.

Представление об остаточных токах (revers currents) можно получить, исходя из следующих условий:




xoлLaГvI° коллектора /св (в цепи эмиттера холостой ход, коллектор заперт) равен

С /£=0. U,g, QQ

сво

= -/сЛ1-ЛдД)(>0). (2.21а) ** У^зе появляется напряжение,

р а^Ъ НО С

и

(2.216)

которое называется плавающим потенциалом эмиттера и которое запирает эмиттерный переход. (Например, величина [7,, = -97,5 мВ при Лу = 0,98, f/ = 25 мВ.)

2. Остаточный ток эмиттера Iebo (холостой ход в цепи коллектора, эмиттер заперт) равен

(1-Л^Л,) 0). (2.22а)

На коллекторе при этом появляется плавающий потенциал коллектора :

и

(2.226)

который запирает коллектор.

3. Остаточный ток коллектор - эмиттер при отключенной базе (холостой ход в цепи базы, коллектор заперт)

сео

с

(1~у5д./)

{\~Л

сво

-v) (1-.v)

(>0).

(2.23а)

В этом случае на переходе эмиттер -база действует напряжение niya

Ft Rr

е'в'о

Uj.lnl I


(>0), (2.236)

которое смещает эмиттерный переход в прямом направ-лении, что приводит к инжекции носителей в базу.

4. Остаточный ток эмиттер -коллектор при отключенной базе (холостой ход в цепи базы, эмиттер заперт)

есо

с'е'=<

ево

0).

(2.24а)



При этом на коллееторном переходе действует прямо-смещающее напряжение

с'в'о


esi-)

(>0). (2.246)

При определении остаточных токов, рассмотренных в п. 1-4, можно считать, что напряжения на в/нешних клеммах практически равны внутренним напряжениям на запирающих слоях, поскольку падение напряжений на последовательных сопротивлениях весьма мало. Менее благоприятные условия возникают при определении еще одного остаточного тока 1свк-

5. Начальный ток коллектора /свк. (короткое замы-каине эмиттерного перехода) равен

свк

В

/=-00

(>0). (2.25)

Так как короткое замыкание практически осуществляется на внешних электродах эмиттер - база [Ueb),

то вследствие наличия последовательных сопротивлении обычно }ia эмиттерном переходе имеется некоторое положительное напряжение ,,0.

Вследствие этого эмиттерный переход инжектирует иеоснопные носители, а это означает, что в реальном транзисторе в данном эксперименте будет измерен ток, не равный тому, который определяется соотношением (2.25).

Остаточные токи, определенные выше, обычно меньше по величине, чем токи насыщения, но главное удобство, которое мы получаем, состоит в том, что их легче измерить. С помощью остаточных токов систему уравнений вольт-амперных характеристик можно представить в виде

ЕВО

1 - А .г А

ехр

е'в

и

Afcbo

i-A,A

ехр -г-.--1

и

(2.26)

ехр

сво

ехр

и



А^Гево = -А1Г<;:во- (2.27)

Отсюда следуют простые соотиошепия, позволяющие по- лучить статические коэффициенты передачи токов из эксперимента:

А

А

ево

с

v

(2.28)

Так как в случае высоких плотностей токов возникает целый ряд новых, пока необсуждавшихся эффектов (высокий уровень инжекции, оттеснение тока к краю эмиттера, размножение носителей заряда, а также тет1ловые проблемы из-за саморазогрева структуры) (см. гл. 6), 10 коэффициенты передачи, определяемые из соотношений (2.28), могут отличаться от величин, рассчитываемых по ранее приведенным формулам (2.16).

Распределение токов внутри базовой области. Схема замещения. Подобно тому, как суммарный ток /?-/г перехода может быть представлен как сумма прямого тока и тока насыщения, так и в транзисторе может быть проведено разложение тока на составляющие, которые, в свою очередь, опираются на различные компоненты распределений концентраций неосновных носителей в базе [уравнение (2.6)] (рис. 2.5). При этом руководствуются уравнениями вольтамперных характеристик (2.11) и коэффициентами переноса Л^1, Аи.

Через запирающие слои протекают прямые токи

cs ехр

т

(2.29)

насыщения

esg csg

A I

(2.30)

Если пренебречь электронными составляющими прямых токов, то оказывается, что прямой ток эмиттера складывается из / ехр {Ueb/Uj) и встречно направленвого по

г Ч

Дйфф!У^ионного тока носителей, ийжектнрЬванных из-коллекторе IcpP/cbIt) 3 вычетом потерь на рекомбинацию (1--Лл)7, ехр (f/,3,/(/y.).l Дырочный ток носителей, инжектированных в базу из эмиттера, равен E5/)P(fl/r* Потери на рекомбинацию этих носителей в базе составляют (1 - А^)1 exp{U,,lUj). Остающиеся носители достигают запирающего слоя коллектора.

Аналогичным образом обстоит дело с прямым током коллектора IcFi, только потери на рекомбинацию опре-



г г

УТЛ Ток дырок

т

Ток злентроноЬ

- Рекомбинация

(ТЗ-~ Генерация

Рис. 2.6. Схематическое изображение составляощих тока в транзисторе прн его работе в произвольном режиме.

Направление стрелок характеризует ток частиц.

деляются инверсным коэффициентом переноса Ац. Составляющие прямых токов, обусловленные неосновными носителями, пропорциональны наклону соответствующих графиков распределения концентраций иепосредственн* на границах запирающих слоев (рис. 2.5,6, кривые 4 и 5).

Электронные составляющие прямого тока в базе являются дрейфовыми токами. После прохождения запирающих слоев эмиттера и коллектора электроны инжектируются в нейтральные области, и в результате




рекомбинации электронные диффузионные токи посте-пеино преобразуются в дырочные дрейфовые.

Ток насыщения эмиттера также имеет составляющую, обусловленную электронами, генерируемыми в эмиттере и диффундирующими iK затирающему слою, и дырочную составляющую Iesp+AhIcsp, котдрая связана с генерационными процессами в базе. Аналогичным образом определяются компоненты тока насыщения коллектора.



Рис, 2.7. Зависимость токов Z, от эмиттерного напряжения Е'В'у исследуемая с помощью измерительной схемы.

в данном случае предполагается, что последовательные сопротивления базы транзистора раины нулю.

Компоненты ТОКОВ насыщения пропорциональны наклонам суммарной кривой распределения концентраций 2 и 5 на границах запирающих слоев (рис, 2.5,6). Далее, из рис. 2.6 видно, что потребность в определенном количестве электронов в базе связана как с необходимостью поддерживать равновесную концентрацию, так и с Необходимостью обеспечивать инжекцию носителей в эмиттер и коллектор, а также с необходимостью обеспечить рекомбинацию в базе (прямое смещение). С другой стороны, при преобладании генерации в базе образуются новые электроны, и, наконец, избыточная часть электронов переходит из нейтральных областей (обратное смещение).

Бели сумма электронов, генерируемых в базе, и электронов, втекающих в базу через запирающие слои, больше, чем потребность электронов для рекомбинации и для инжекции в эмиттер и коллектор, то избыточные электроны уходят из базы через базовый контакт. При преобладании же рекомбинации в. базе дополнительное

-i* j,.-- -- . - ..... - .,

1ШЯИЧ 1тво электронов втекает через базовый контакт. Очевидно, может иметь место режим, когда электронный ток отсутствует (/в = 0). Представление о таком балансе токов для электронов позволяет легко понять взаимосвязь между остаточными токами /сво, 1свк и IcEo (рис. 2.7). В режиме работы I при включении транзистора по схеме с общей базой протекает весьма малый ток коллектора при полностью запертых переходах эмиттера и коллектора [уравнения (2.21, 2.26)]

Л

AnI Es-/cs<C IС ВО - IС

мин

(2.31)

{IcBO у симметричного транзистора, AnAi).

Чер^з запертый эмиттерный переход протекает насыщения несколько большей величины:

ток

(2,32)

Из базы вытекает электронный ток, равный сумме обоих токов, так как, с одной стороны, в базе генерируются избыточные электроны, а с другой стороны, они втекают в базу через запирающие слои.

С ростом эмиттерного напряжения увеличивается ин-жекция дырок из эмиттера, так что результирующий ток эмиттера при определенном напряжении Uр.,р исчезает,

а ток коллектора достигает значения 1сво [уравнение (2.21)]. Так как инжектированные в базу дырки частично в ней рекомбинируют, то часть электронов, генерируемых в базе, расходуется на рекомбинацию; ток базы 1в должен несколько падать по сравнению со значением, соответствующим току 1с мин- Такое положение сохраняется также и при дальнейшем повышении напряжения эмиттер - база, например, также и для случая, когда через коллектор протекает ток Jcbk- При дальнейшем повышении напряжения UB инжекция дырок растет

настолько быстро, что даже некоторая их доля, которая рекомбинирует в базе, уничтожает все электроны в базе, включая генерируемые в'-базе и втекаемые в нее через запирающие слои: /в = 0, 1с = 1сео [уравнение (2.23)].

Наконец, количество рекомбинирующих в базе дырок начинает превышать суммарное количество электронов, генерируемых в базе и втекающих в нее из р-областей, поэтому дополнительное необходимое для рекомбинации 8-1323 из



количество электро#8 Ш'хинавт поступать цепи через базовый вывод.

Схему замещения транзистора по постоянному току можно легко представить, если уравнения вольтамперных характеристик (2.11) разложить на составляющие токов, которые представляют собой характеристики р-п переходов (1.40):


ехр


и

(2.33)

а также на составляющие, которые в соответствии со своей природой описывают взаимодействие переходов в транзисторе и которые иа схеме замещения изображаются в виде генераторов тока с бесконечно большим внутренним сопротивлением:

/ и

с

AjJcs ехр

С'В

и

е

es \

ехр

и

(2.34)

Если учесть еще и сопротивления нейтральных областей, то эквивалентную схему замещения бездрейфового транзистора можно изобразить в виде, показанном на

рис. 2.8. Обычно Лг/в /с^ь поэтому генератором тока на входе можно пренебречь.

Эта схема замещения, полученная непосредственно из естественной структуры, транзистора, не единственная, но целесообразная и находит применение в различных вариантах. Их практическое применение (как и вообще применение уравнений вольтамперных характеристик) ограничивается допустимостью введения внутренних клемм транзистора Е'В'С. Для ряда проблем, когда устанавливается нелинейная связь между токами и внешними (!) напряжениями, применение этих схем оказывается невозможным. В результате рассмотрения этих проблем появляются более сложные схемы замещения по постоянному току.

-00-

-<5>-

г

Внутренний транзистор

\-qC

в

Рис. 2.8. Удрощенная схема замещения по шостоянному току р-п-р транзистора, подчиняющегося теории Шоклн.

Схема включает эмитТерныЙ и коллекторный диоды, два генератора тока (с бесконечно большими виутренними сопротивленнйми), а также последовательные сопротивления.

Л



ДИНАМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЗДРЕЙФОВОГО ТРАНЗИСТОРА

В базе транзистора, так же как и в нейтральных ио-ластях р-п -перехода, протекает относительно медленный диффузионный процесс, который и определяет временную связь между током и напряжением на запирающих слоях. При рассмотрении процессов, изменяющихся во времени, следует отличать периодические изменения сигналов от непериодических, из которых важным является случай скачкообразного изменения сигнала, что составляет основу импульсного и ключевого режима работы транзистора. Не менее важным, но наиболее простым динамическим случаем является случай изменения сигнала по сииусонлальному закону с круговой частотой о). Значительные упрощения прн рассмотрении таких периодических процессов получаются, если амплитуда сигнала мала [уравнение (1.49)]. В этом случае концентрация неосновных носителей складывается из компонента, не зависяпгего от времени [уравнение (2.4)], и из компонента, связанного с наличием периодических колебаний. Для определения периодической составляющей необходимо решить уравне}ше непрерывности при учете граничных условий на краю нейтральной области у контакта (переменная во времени концентрация неосновных носителей равна нулю) и па границе запирающего слоя (изменение концентрации пропорционально изменению напряжения) [уравнение (1.50)].

Проще всего можно получить выражения для соответствующих концентраций, если воспользоваться полученными ранее решениями для р-п перехода [уравнение (1.52)], изменив в них лишь некоторые индексы.


3.1. Распределение концентрации носителей и токов в областях транзистора при приложении к переходам синусоидального сигнала

Переменные составляющие концентраций неоснов'ных носителей определяются следующими выражениями:

he (X)

(3.1 а)

для эмиттера;

Р

о

и

e sh -

(3.16)

для базовой области;

sh


(3.1b)

для коллектора.

В этих выражениях введены обозначения:

-J- l/l

(3.2)

Как легко видеть из этих уравнений, распределение концентраций носителей в эмиттере и в коллекторе зависит только от напряжения на соответствующих запирающих слоях и, следовательно, не определяет взаимодействия между ними. Концентрация же дырок в базе управляется обоими напряжениями. Наиболее ясно это видно нз уравнений для переменных токов эмиттера и коллектора,-которые при использовании урлвнений (2.10) могут быть 1представлены в сокращенном виде:

Свойства передачи сигнала из эмиттера в коллектор (и наоборот), отражающие диффузионные процессы в базе и нейтральных областях и выраженные линейны-



МИ уравнениями, могут быть наглядно продемонстрирс ваны (рис. 3.1) с помощью общего четырехполюсника (см. тл. 10), параметры которого являются проводимо-стями (вообще говоря, комплексными):

Уеё = Уееп + Уеер - ПроВОДИМОСТЬ ЭМИТТерЗ При КОрОТ-

ком замыкании на выходе транзистора,

Усс'=Усср + Уссп - проводимость КОЛЛСКТОрЗ При КОрОТ

ком замьжании на входе транзистора.

Рис. 3.1. Схема линейного четырех полюсника, характеризующего про цессы, протекающие в базе.

Стрелками показаны положительные направления токов н напряжений.

Слагаемые, входящие в эти выражения, определяются следующим образом:


У

сер

(С'Ь'0

ш

VtL*p Z%

(3.4a) (3.46)

и J- Cth-(3.4b)

(3.4r)

Кроме проводимостей короткого замыкания определить и проводимость прямой передачи:

можно

Усе

(3.4д)

и проводимость обратной связи:

У

еЧ>

О

(3.4e)

Эти проводимости, будучи характеристическими параметрами внутреннего транзистора, зависят как от


геометрических факторов {Аел Лс, sWc и так

и от электрофизических параметров (диффузионные длины, объемное время жизни, равновесные концентрации), но кроме того они зависят от частоты и от положения рабочей точки, определяемой постоянными напряжениями на запирающих слоях.

Геометрические факторы и электрофизические параметры могут рассматриваться как Константы только в относительно малой области изменения положения рабочей точки, в действительности эти величины зависят от положения рабочей точки как непосредственно, так и косвенно вследствие зависимости от режима работы при высоких уровнях инжекции длин диффузии и длин нейтральных областей.

По сравнению со статическими характеристиками уравнение (2.11)] динамические соотношения отличаются помимо прочего тем, что вследствие их линейности упрощается учет последовательных сопротивлений, а также тем, что при полном запирании р-п перехода соответствующие проводимости (а зпачид и соответствующие неременные токи) становятся равными нулю, в то время как в статическом случае через переходы протекают токи насыщения.

Эффект усиления сигнала транзистором будет тем значительнее, чем сильнее отличаются друг от друга Уес и Усе, что в конечном итоге сводится к различию знаков эмиттерного и коллекторного напряжения, т. е. к необходимости ставить транзистор в активный режим. При нормальном включении эмиттер как источник инжектированных носителей является входом усилителя, а коллектор- выходом. (Однако такое условие необязательно, и при инверсном включении можно получить значительный эффект усиления.)

Если длина нейтральных областей эмиттера и коллектора значительно больше диффузионных длин (W - cLn), то значение гиперболических функций в выражениях для электронных проводимостей стремится к единице. В этом случае можно ввести диффузионную активную проводимость [уравнения (1.54), (1.57)]

-е ; gd

и

Ниже Принято что л с - /1Е*




1 2 3 4 5 6 7 8 ... 24
Яндекс.Метрика