ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 15691
Скачиваний: 29
131
из
базы
в
эмиттер
,
который
был
в
равновесном
состоянии
(
рис
. 4.5,
а
),
уменьшается
и
остается
неуравновешенный
поток
достаточно
«
энергичных
»
дырок
из
эмиттера
в
базу
.
Соответст
-
венно
в
эмиттерном
слое
образуется
отрицательный
заряд
,
а
в
ба
-
зовом
слое
такой
же
положительный
заряд
;
энергетические
уров
-
ни
электронов
в
эмиттере
повышаются
,
затрудняя
переход
дырок
слева
направо
.
Этот
процесс
продолжается
до
тех
пор
,
пока
пото
-
ки
дырок
из
эмиттера
и
в
эмиттер
снова
не
уравновесятся
.
Е
ЭБ
I
Э
Е
Э
I
Э
ϕ
F
I
Э
I
К
U
Rk
Е
ЭБ
I
б
Е
ЭБ
ϕ
FЭ
Б
Э
ϕ
F
n
p
p
К
Э
К
ϕ
F
Б
К
ϕ
F
n
p
p
Э
Е
ЭБ
I
б
I
К
Е
ЭБ
ϕ
FЭ
ϕ
F
Б
ϕ
F
n
p
p
I
К
а)
в)
б
г
Е
К
I
б
ϕ
FЭ
ϕ
F
Б
ϕ
F
n
p
p
Э
К
Е
К
I
Э
Е
ЭБ
Рис. 4.5 — Зонные диаграммы для плоскостного транзистора
при различных режимах его работы
132
Во
всех
случаях
у
транзистора
р
-n-
р
главными
рабочими
но
-
сителями
,
образующими
токи
через
переходы
,
являются
дырки
,
тогда
как
ток
базы
всегда
обусловлен
электронами
;
последние
компенсируют
избыточный
заряд
дырок
в
базе
и
обеспечивают
ее
нейтральность
как
во
время
переходных
процессов
,
так
и
в
ста
-
ционарном
режиме
,
когда
убыль
дырок
обусловлена
только
ре
-
комбинацией
.
Распределение носителей в базе.
Дырки
,
инжектированные
эмиттером
,
достигают
коллектора
не
сразу
,
а
с
некоторой
за
-
держкой
,
обусловленной
их
перемещением
вдоль
базы
.
Кроме
то
-
го
,
в
связи
с
хаотичностью
движения
дырок
коллекторный
ток
нарастает
не
скачком
,
а
плавно
.
Соответственно
ток
базы
в
первый
момент
равен
току
эмит
-
тера
,
а
затем
постепенно
уменьшается
до
стационарной
величи
-
ны
.
Примерная
картина
переходного
процесса
показана
на
рис
.
4.6,
где
з
t —
время
задержки
,
а
ф
t —
длительность
фронта
.
I
Э
I
Б
I
К
t
0
t
t
t
t
ф
t
З
Рис. 4.6 — Переходные процессы при подаче
ступеньки эмиттерного тока
Распределение
дырок
в
базе
почти
линейно
,
как
показано
на
рис
. 4.7.
На
самом
деле
градиент
концентрации
около
коллектор
-
ного
перехода
несколько
меньше
,
чем
около
эмиттерного
,
по
-
скольку
ток
коллектора
(
из
-
за
рекомбинации
)
немного
меньше
эмиттерного
тока
.
Эту
разницу
в
градиентах
следует
иметь
в
виду
,
133
но
ее
трудно
отразить
на
графике
.
Линейному
распределению
ды
-
рок
должно
соответствовать
почти
линейное
распределение
ком
-
пенсирующих
(
избыточных
)
электронов
в
базе
(
рис
. 4.7).
Заряды
избыточных
носителей
пропорциональны
площадям
под
кривыми
их
распределения
.
Поскольку
база
в
целом
нейтральна
,
можно
счи
-
тать
эти
площади
одинаковыми
.
Для
оценки
заряда
воспользуемся
распределением
дырок
.
Очевидно
,
что
заряд
дырок
пропорциона
-
лен
толщине
базы
и
току
транзистора
,
определяющему
наклон
ли
-
нии
р
(
х
)
.
Вопрос
о
том
,
какому
из
двух
токов
(
Э
I
или
K
I )
пропор
-
ционален
заряд
,
не
очень
существен
,
так
как
эти
токи
в
стационар
-
ном
режиме
почти
одинаковы
.
В
большинстве
случаев
удобнее
считать
заряд
пропорциональным
току
коллектора
,
так
как
в
схе
-
мах
этот
ток
обычно
не
претерпевает
скачкообразных
изменений
.
Эквивалентную
емкость
,
обусловленную
изменениями
заряда
в
ба
-
зе
,
называют
,
как
и
в
диоде
,
диффузионной
емкостью
.
Б
P
0
p
Δ
n
w
p
Δ
n
Э
К
х
Рис. 4.7 — Распределение дырок
и избыточных электронов в базе
Модуляция толщины базы
.
Как
известно
,
ширина
р
-n
пере
-
хода
зависит
от
напряжения
на
нем
.
Поскольку
эмиттерный
переход
смещен
в
прямом
направлении
,
его
ширина
мала
и
изменения
этой
ширины
при
изменениях
Э
U
не
имеют
существенного
значения
.
Коллекторный
же
переход
,
смещенный
в
обратном
направ
-
лении
,
имеет
сравнительно
большую
ширину
,
и
изменения
ее
при
изменениях
напряжения
K
U
важны
для
работы
транзистора
.
А
именно
,
поскольку
коллекторный
переход
сосредоточен
в
базе
(
как
более
высокоомном
слое
),
приращения
его
ширины
оказы
-
ваются
практически
равными
приращениям
толщины
базы
.
В
ре
-
зультате
получается
зависимость
( )
K
w U
,
которую
называют
мо
-
134
дуляцией
толщины
базы
или
эффектом
Эрли
.
Проанализируем
эффект
модуляции
базы
.
Во-первых
,
изменение
толщины
базы
влияет
на
ту
долю
инжектированных
дырок
,
которая
доходит
до
коллектора
,
избе
-
жав
рекомбинации
.
Чем
меньше
толщина
базы
,
тем
эта
доля
больше
.
Значит
,
при
неизменном
токе
эмиттера
модуляция
тол
-
щины
базы
приводит
к
изменениям
тока
коллектора
.
Соответст
-
венно
коэффициент
передачи
эмиттерного
тока
оказывается
функцией
коллекторного
напряжения
,
а
коллекторный
переход
имеет
конечное
дифференциальное
сопротивление
.
Во-вторых
,
модуляция
толщины
базы
сопровождается
из
-
менением
заряда
дырок
в
базе
;
иначе
говоря
,
имеет
место
зави
-
симость
заряда
от
коллекторного
напряжения
,
т
.
е
.
коллекторный
переход
обладает
некоторой
диффузионной
емкостью
дополни
-
тельно
к
обычной
барьерной
.
В-третьих
,
модуляция
толщины
базы
меняет
время
диффу
-
зии
дырок
через
базу
;
тем
самым
коллекторное
напряжение
влия
-
ет
на
частотные
свойства
транзистора
.
В-четвертых
,
поскольку
тепловой
ток
эмиттерного
перехо
-
да
0
Э
I
при
тонкой
базе
обратно
пропорционален
ее
толщине
,
на
-
пряжение
K
U ,
модулируя
толщину
базы
,
модулирует
также
ток
0
Э
I
,
а
вместе
с
ним
,
согласно
(2.33),
всю
вольт
-
амперную
харак
-
теристику
эмиттерного
перехода
.
Следовательно
,
если
одна
из
входных
величин
(
Э
I
или
Э
U )
задана
,
то
вторая
оказывается
функцией
коллекторного
напряжения
(
рис
. 4.8).
Такое
влияние
разумно
назвать
внутренней
обратной
связью
по
напряжению
.
p
p
х
dw
dp(o
)
dI
Э
=f
2
[d(grad(p))]
dU
Э
=f
1
[dp(0)]
w
w
dw
х
Рис. 4.8 — Влияние модуляции толщины базы на входные
величины: а —
Э
I
const
=
; б —
Э
U
const
=
135
4.3
Статические
характеристики
транзистора
Выше
была
рассмотрена
идеализированная
модель
транзи
-
стора
.
Идеализация
заключалась
не
только
в
том
,
что
модель
счи
-
талась
одномерной
,
но
и
в
том
,
что
не
учитывались
объемные
со
-
противления
слоев
.
Сопротивления
слоев
эмиттера
и
коллектора
существенны
только
в
некоторых
ключевых
режимах
.
Сопротив
-
ление
же
базы
существенно
почти
во
всех
случаях
,
но
чтобы
не
усложнять
предварительный
анализ
,
мы
учтем
его
позднее
.
Формулы Мола-Эберса.
Для
транзистора
можно
принять
эквивалентную
схему
,
которая
показана
на
рис
. 4.9.
Здесь
каждый
из
переходов
изображен
в
виде
диода
,
а
взаимодействие
их
отра
-
жено
генераторами
токов
.
Если
эмиттерный
переход
открыт
и
че
-
рез
него
протекает
ток
1
I ,
то
в
цепи
коллектора
,
как
известно
,
бу
-
дет
протекать
несколько
меньший
ток
,
поскольку
часть
инжекти
-
рованных
носителей
рекомбинирует
.
α
N
I
1
α
i
I
2
К
Б
I
Б
I
К
I
Э
I
2
=f
2
(U
К
)
I
1
=f
1
(U
Э
)
U
Э
U
К
Э
Рис. 4.9 — Эквивалентная схема идеализированного
транзистора
Этот
меньший
ток
обеспечивается
на
схеме
генератором
1
N
I
α
,
где
N
α < 1 —
коэффициент
передачи
эмиттерного
тока
.
Индекс
N
означает
нормальное
включение
транзистора
.
Если
триод
работает
в
инверсном
включении
(
положительное
смеще
-
ние
на
коллекторе
и
отрицательное
на
эмиттере
),
то
прямому
коллекторному
току
2
I
соответствует
эмиттерный
ток
2
i
I
α ,
вы
-
текающий
из
эмиттера
.
Коэффициент
i
α
есть
коэффициент
пере
-
дачи
коллекторного
тока
.