ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 15688
Скачиваний: 29
136
Таким
образом
,
в
общем
случае
токи
эмиттера
и
коллектора
складываются
из
двух
компонентов
:
инжектируемого
и
собирае
-
мого
1
2
;
Э
i
I
I
I
= − α
(4.1
а
)
1
2
.
K
n
I
I
I
= α
−
(4.1
б
)
Связь
инжектируемых
компонентов
с
напряжениями
на
пе
-
реходах
такая
же
,
как
и
в
отдельном
диоде
,
т
.
е
.
в
простейшем
случае
выражается
формулами
:
1
1
0
1 ;
Э
T
U
Э
I
I
e
ϕ
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
(4.2
а
)
1
2
0
1 ,
K
T
U
K
I
I
e
ϕ
⎛
⎞
=
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
(4.2
б
)
где
1
0
Э
I
и
1
0
К
I
—
тепловые
токи
эмиттерного
и
коллекторного
диодов
(
соответственно
при
0
K
U
=
и
0
Э
U
= ).
Тепловые
токи
1
0
Э
I
и
1
0
К
I
можно
выразить
через
токи
,
которые
обычно
задаются
в
технической
документации
на
транзистор
,
а
именно
через
токи
0
Э
I
и
0
K
I
,
измеряемые
при
обрыве
соответственно
коллектора
и
эмиттера
.
Эти
токи
связаны
соотношениями
:
1
0
0
,
1
К
К
N
i
I
I
=
− α α
(4.3
а
)
аналогичным
путем
получим
:
1
0
0
.
1
Э
Э
N
i
I
I
=
− α α
(4.3
б
)
Подставив
токи
из
(4.2)
в
соотношения
(4.1),
получим
урав
-
нения
,
описывающие
статические
вольт
-
амперные
характеристи
-
ки
транзистора
:
1
1
0
0
1
1 ;
Э
K
T
T
U
U
Э
Э
i K
I
I
e
I
e
ϕ
ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
=
− − α
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
⎝
⎠
(4.4
а
)
(
)
1
1
0
0
1
1
1 .
Э
K
T
T
U
U
K
N
Э
K
I
I
e
I
e
ϕ
ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
= − α
− −
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
⎝
⎠
(4.4
б
)
137
Запишем
ток
базы
:
(
)
(
)
1
1
0
0
1
1
1
1 ;
K
T
T
U
U
б
N
Э
i
K
I
I
e
I
e
ϕ
ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
= − α
− + − α
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
⎝
⎠
(
)
(
)
1
1
0
0
1
1
1
1 .
K
T
T
U
U
б
N
Э
i
K
I
I
e
I
e
ϕ
ϕ
⎛
⎞
⎛
⎞
= − α
− + − α
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
⎝
⎠
(4.4
в
)
Формулы
Мола
-
Эберса
(4.4),
несмотря
на
их
приближен
-
ность
,
очень
полезны
для
анализа
статических
режимов
,
так
как
хорошо
отражают
основные
особенности
транзисторов
при
лю
-
бых
сочетаниях
напряжений
на
переходах
.
Обратные
токи
у
кремниевых
транзисторов
нельзя
считать
тепловыми
,
поскольку
гораздо
большую
роль
играют
токи
термогенерации
.
Поэтому
ко
-
личественные
расчеты
по
формулам
(4.4)
в
случае
кремниевых
транзисторов
дают
значительную
погрешность
.
В
транзисторах
выполняется
соотношение
:
0
0
.
N Э
i K
I
I
α
= α
(4.5)
Это
соотношение
иногда
позволяет
упростить
формулы
(4.4)
и
выводы
из
них
.
В
первом
приближении
можно
полагать
0
0
Э
K
I
I
=
.
Идеализированные статические характеристики.
В
гл
. 2
было
показано
,
что
задать
прямое
напряжение
на
р
-n
переходе
трудно
.
Поэтому
в
большинстве
случаев
целесообразно
считать
заданной
величиной
эмиттерный
ток
,
а
не
эмиттерное
напряжение
.
0
1 .
K
T
U
K
N Э
K
I
I
I
e
ϕ
⎛
⎞
= α
−
−
⎜
⎟
⎜
⎟
⎝
⎠
(4.6)
Это
выражение
представляет
собой
семейство
коллекторных
характеристик
( )
K
K
I
U
с
параметром
Э
I .
Такое
семейство
пока
-
зано
на
рис
. 4.10,
а
.
Семейство
эмиттерных
характеристик
( )
Э
Э
U
I
с
параметром
K
U
получается
из
выражения
(4.4
а
),
если
разрешить
его
относи
-
тельно
Э
U .
Используя
соотношение
(4.5),
получаем
0
ln
1
1
.
K
T
U
Э
Э
T
N
Э
I
U
e
I
ϕ
⎡
⎤
⎛
⎞
= ϕ
+ + α
−
⎢
⎥
⎜
⎟
⎜
⎟
⎢
⎥
⎝
⎠
⎣
⎦
(4.7)
138
Эмиттерное
семейство
характеристик
показано
на
рис
. 4.10,
б
.
Из
рис
. 4.10,
а
ясно
видны
два
резко
различных
режима
работы
транзистора
:
активный
режим
,
соответствующий
значениям
K
U < 0
(
первый
квадрант
),
и
режим
насыщения
,
соответствующий
зна
-
чениям
K
U > 0 (
второй
квадрант
).
Активный
режим
является
ос
-
новным
в
усилительной
технике
и
будет
подробно
изучен
в
по
-
следующих
параграфах
.
Режим
насыщения
характерен
для
клю
-
чевых
импульсных
схем
и
будет
рассмотрен
позже
.
Для
активно
-
го
режима
характерны
условия
0
K
U
<
и
K
T
U
>> ϕ ,
при
которых
формулы
(4.6)
и
(4.7)
упрощаются
0
;
K
Э
K
I
I
I
= α +
(4.8)
1
0
ln
.
Э
Э
T
Э
I
I
I
= ϕ
(4.9)
U
Э
I
Э
>0
I
K
I
Э
I
K0
-U
К
0
I
Э
0
U
К
=-?
U
К
>0
U
К
=0
Рис. 4.10 — Статические характеристики идеализированного
транзистора: а — коллекторные; б — эмиттерные
В
формуле
(4.8),
широко
используемой
на
практике
,
для
простоты
опущен
индекс
N
при
коэффициенте
N
α ,
а
при
выводе
формулы
(4.9)
для
простоты
положено
1
0
N
− α = ,
что
вполне
оп
-
равдано
.
Реальные
характеристики
имеют
конечный
наклон
,
обу
-
словленный
неучтенным
в
формулах
(4.4)
сопротивлением
кол
-
лекторного
перехода
(
следствие
модуляции
толщины
базы
).
От
-
носительно
эмиттерного
семейства
(
рис
. 4.10,
б
)
можно
сделать
следующие
замечания
.
Кривая
с
параметром
0
K
U
= ,
естественно
,
является
обычной
диодной
характеристикой
.
При
значениях
0
K
U
>
кривые
сдвигаются
вправо
и
вниз
в
связи
с
нарастанием
собираемого
компонента
эмиттерного
тока
.
При
значениях
139
0
K
U
<
кривые
несколько
смещаются
влево
и
вверх
.
На
реальных
характеристиках
,
как
увидим
ниже
,
влияние
отрицательного
на
-
пряжения
K
U
тоже
невелико
,
но
все
же
имеет
место
при
любых
значениях
K
U
из
-
за
внутренней
обратной
связи
по
напряжению
(
следствие
модуляции
толщины
базы
).
Реальные
статические
характеристики
.
В
формулах
Мола
-
Эберса
не
учитывается
целый
ряд
факторов
,
таких
,
как
эффект
Эрли
,
пробой
перехода
,
зависимость
α
от
тока
и
др
.
Поэтому
ха
-
рактеристики
рис
. 4.10
в
значительной
степени
идеализированы
.
Реальные
коллекторные
и
эмиттерные
характеристики
показаны
на
рис
. 4.11.
Кривые
коллекторного
семейства
имеют
конечный
,
хотя
и
очень
небольшой
,
наклон
,
который
в
области
,
близкой
к
пробою
,
резко
увеличивается
.
Расстояние
между
кривыми
немно
-
го
уменьшается
при
больших
токах
из
-
за
уменьшения
α
.
На
рис
. 4.11,
а
проведена
гипербола
допустимой
мощности
,
рассеиваемой
в
основном
на
коллекторном
переходе
.
При
нагреве
транзистора
кривые
смещаются
вверх
в
область
больших
токов
из
-
за
роста
тока
0
К
I
.
В
активном
режиме
(1-
й
квадрант
),
усредняя
нелинейное
сопротивление
K
r ,
можно
характеризовать
коллек
-
торное
семейство
ОБ
достаточно
строгим
соотношением
0
.
K
K
Э
K
K
U
I
I
I
r
= α +
+
(4.10)
При
нагреве
транзистора
кривые
смещаются
влево
в
область
меньших
напряжений
.
При
одном
и
том
же
эмиттерном
токе
эмиттерные
напряжения
у
кремниевых
транзисторов
на
0,3 — 0,4
В
больше
,
чем
у
германиевых
,
но
все
же
обычно
не
превышают
0,6 — 0,7
В
.
При
достаточно
большом
токе
входные
вольт
-
ампер
-
ные
характеристики
деформируются
.
Рассмотрим
особенности
выходных
характеристик
в
облас
-
ти
пробоя
.
Если
любой
из
переходов
транзистора
использовать
в
качестве
диода
,
то
пробой
при
обратном
напряжении
будет
иметь
такой
же
характер
,
как
в
изолированном
переходе
.
Например
,
при
оборванном
эмиттере
коллекторный
ток
бу
-
дет
равен
0
K
MI
(
где
М
—
коэффициент
ударной
ионизации
),
а
напряжением
лавинного
пробоя
будет
величина
M
U ,
при
которой
M
= ∞ .
При
любом
конечном
токе
эмиттера
ток
K
I
тоже
увели
-
140
чивается
в
М
раз
и
,
следовательно
,
напряжением
пробоя
опять
будет
величина
M
U .
Необходимо
,
однако
,
заметить
,
что
чисто
лавинный
пробой
имеет
место
только
при
достаточно
быстром
повышении
коллек
-
торного
напряжения
,
когда
температура
перехода
не
успевает
за
-
метно
повыситься
.
В
результате
,
учитывая
(4.3
а
),
получим
эквива
-
лентную
схему
,
показанную
на
рис
. 4.12,
б
и
соответствующую
вы
-
ражению
(4.8).
Такая
схема
полезна
для
расчета
режима
усилитель
-
ных
каскадов
.
I
Э
T=20
0
C
T=50
0
C
T=-50
0
C
0
-U
Э
U
Э
Δ
I
K0
I
K0
I
Э
>0
P
K доп
I
K
-
U
K
U
K
а
б
Рис. 4.11 — Статические характеристики транзистора при включении
по схеме с общей базой: а — выходные; б — входные