ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 08.04.2025
Просмотров: 165
Скачиваний: 0
6.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора
|
|
|
|
Рис. 6.36. Линеаризация входных и выходных ВАХ в схеме с ОЭ |
|
Основными
величинами, характеризующими параметры
биполярного транзистора являются
коэффициенты передачи тока эмиттера и
базы, сопротивление эмиттерного (
)
и коллекторного (
)
переходов, а также коэффициент обратной
связи эмиттер-коллектор (
).
Дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера равен:
|
|
(6.45) |
,
где
– эффективность коллектора,
– коэффициент инжекции или эффективность
эмиттера:
|
|
(6.46) |
– коэффициент
переноса,
|
|
|
.
;α*
- эффективность коллектора.
С увеличением постоянного тока эмиттера база транзистора заполняется носителями и эффективность эмиттера падает.
С ростом тока эмиттера величина коэффициента передачи α вначале растет в результате увеличения коэффициента переноса, а затем падает, что объясняется уменьшением коэффициента инжекции эмиттерного перехода γ.
Зависимость
коэффициента передачи транзистора от
напряжения на коллекторе определяется
изменением ширины базы, а также лавинным
умножением носителей в ОПЗ коллекторного
перехода. Расширение ОПЗ происходит за
счет уменьшения ширины базы, при этом
коэффициенты γ
и
увеличиваются, поэтому с увеличением
Uк
значение α
растет. При
больших напряжениях электроны и дырки,
пересекающие ОПЗ коллекторного перехода,
могут вызывать ударную ионизацию, в
результате ток коллектора увеличивается.
Коэффициент
передачи транзистора с учетом лавинного
умножения определяется соотношением
,
где
- коэффициент лавинного умножения в КП,
обусловленный ударной ионизацией, где
Uпр
– пробивное напряжение коллекторного
перехода, n
– коэффициент, величина которого для
германия и кремния колеблется в пределах
3…5, в зависимости от типа проводимости
и сопротивления материала (рис. 6.).
Коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером:
|
|
(6.47) |
,Зависимости коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера и напряжения на коллекторном переходе представлены на рис. 6.24.
|
Рис. 6.24 Зависимости коэффициента передачи тока базы |
Спад β в области малых токов эмиттера (область 1) обусловлен рекомбинацией носителей заряда в ОПЗ эмиттера, а спад в области больших токов (область 3) – уменьшением коэффициента инжекции.
Зависимость β от напряжения на коллекторном переходе обусловлено расширение ОПЗ в область базы (эффектом Эрли), при больших напряжениях дополнительное возрастание β связано с явлением лавинного размножения носителей в ОПЗ коллекторного перехода.
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:
|
|
(6.48) |
.Оценим значение этого сопротивления в режиме ОБ.
|
|
(6.49) |
|
|
(6.50) |
,
,
,
.Пусть Iэ=1 мА, Т=300 К, φТ=0,026 В, Rэ=26 Ом.
Сопротивление
эмиттера с ростом тока эмиттера
уменьшается по гиперболическому закону.
Зависимость
от напряжения на коллекторе UК
определяется изменением ширины базы
W:
с увеличением UК
ширина базы уменьшается. Следовательно,
ток эмиттера растет и сопротивление
эмиттера падает.
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода определяется по формуле:
|
|
(6.51) |
.
обусловлено
несколькими причинами: изменением
коэффициента переноса, связанное с
модуляцией ширины базы W
при изменении напряжения коллектора;
сопротивление утечки по поверхности и
током термической генерации в ОПЗ
коллектора.
Дифференциальное сопротивление коллектора в схеме с ОЭ rкОЭ*=rкОБ/(1+β) сопротивление коллектора падает за счет умножения носителей в ОПЗ коллекторного перехода, оно в десятки раз меньше, чем rкОБ
Коэффициентом обратной связи:
|
|
(6.54) |
.Удобство физических параметров заключается в том, что они позволяют наглядно представить влияние конструктивно технологических параметров транзистора на его эксплуатационные характеристики. Так, например, уменьшение степени легирования базы или ее толщины должны приводить к росту rб и, соответственно, к увеличению обратной связи в транзисторе.
К недостаткам физических параметров следует отнести то, что их нельзя непосредственно измерить и значения для них получают пересчетом из других параметров.
6.4.1 Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов
Изменение
характеристик транзисторов аналогична
изменению характеристик диодов: с ростом
температуры увеличивается тепловой
потенциал (
),
следовательно, возрастают токи эмиттера
и коллектора.
Параметры полупроводниковых приборов, связанные с удельным сопротивлением, концентрацией, подвижностью и временем жизни носителей меняются при изменении температуры. Это ограничивает температурный диапазон приборов.
Сопротивление базы определяется электропроводностью исходного материала:
|
|
(6.55) |
где
и
- проводимость, обусловленная ионизацией
атомов основного материала и примеси
соответственно, зависимости от температур
подвижности и концентраций носителей
приводят к тому, что в диапазоне от -60
до + 60 оС
сопротивление базы транзисторов сначала
возрастает, а затем падает.
Дифференциальное сопротивление эмиттера pnp-транзистора определяется соотношением:
|
|
(6.56) |
.
то
есть линейно растет с увеличением
температуры. При величинах тока эмиттера,
сравнимых с величиной
(обратным током эмиттерного перехода
при коротком замыкании цепи база-коллектор)
зависимость от температуры падает,
поскольку ток
с ростом температуры увеличивается,
что определяется увеличением концентрации
неосновных носителей.
Сопротивление коллектора в диапазоне от -50 до + 50 оС растет, так как для этого диапазона характерно увеличение подвижности носителей (по механизму рассеяния на ионах примеси).
Коэффициент передачи α с ростом температуры увеличивается, что в первую очередь связано с увеличением диффузионной длины дырок.
Температурная
зависимость коэффициента
передачи β
связана в первую очередь с возрастанием
времени жизни неосновных носителей
заряда в базе транзистора с
ростом температуры. Для большинства
биполярных транзисторов коэффициент
β
увеличивается по степенному закону
.
6.5 Работа транзистора в импульсном режиме
Биполярные транзисторы, включенные по схеме с ОЭ, широко используются в качестве ключевого элемента переключающих электронных схем (рис. 6.26) и для усиления импульсных сигналов (рис. 6.27).
При работе в качестве ключа основное назначение транзистора состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих входных сигналов. При усилении импульсных сигналов транзистор может работать в режиме малого и большого сигнала.
По аналогии с механическим ключом (контактом) качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, минимальным током в разомкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое.
|
|
|
|
Рис. 6.26 Схема использования транзистора в качестве ключа |
Рис. 6.27 Области работы транзистора: а - в схеме с ОБ; б - в схеме с ОЭ; I – отсечки; II – активная; III – насыщения; IV – лавинное умножение. |
Нагрузка Rн включена в коллекторную цепь, а управляющие импульсы поступают на вход транзистора через сопротивление Rб. В зависимости от сочетания величин и полярности приложенных напряжений рабочая точка транзистора, работающего в ключевом режиме, может находиться в четырех областях: области отсечки I, активной области II, области насыщения III и области лавинного умножения IV. В области I оба перехода заперты (режим отсечки). В области II реализуется режим усиления: эмиттерный переход инжектирует неосновные носители в базу (прямое смещение), а коллекторный переход заперт (обратное смещение). В области III оба перехода оказываются прямо смещенными и инжектируют носители тока в базу. Область IV является областью лавинного умножения.