Твердотельная электроника.-3

397

Обычно эффективность коллектора полагают равной единице, поскольку из-за разницы в площадях эмиттерного и коллекторного переходов ( S K >> SЭ ) все носители, инжектированные

эмиттером, собираются коллекторным переходом.

К числу внешних физических параметров БТ относятся следующие:

Статический коэффициент передачи тока эмиттера a

В дальнейшем индекс, указывающий нормальное включение, будем упускать, обозначая нормальный коэффициент передачи тока эмиттера через a ;

Дифференциальный коэффициент передачи тока эмит-

тера ~ . По определению a

При условии, что коэффициент передачи тока эмиттераa не

зависит от тока эмиттера( da = 0 ), дифференциальный коэф- dI Э

фициент ~ равен статическому . В дальнейшем будем счи- a a

398

тать, что эти коэффициенты равны. Значение a всегда меньше единицы, если в коллекторном переходе не происходит лавинного размножения носителей заряда. При наличии лавинного

размножения aM = a × M > 1 .

Указание о том, что a измеряется при постоянном напряжении на коллекторном переходе связано с эффектом Эрли. который

Для БТ, включенного в схему с ОЭ основным параметром явля-

ется коэффициент передачи тока базы b , который определя-

ется следующим образом:

нии БТ в схему с ОЭ. Причем I КЭ 0 = (1 + b )I КБ 0 .

Значения b всегда больше единицы, что связано с принципом функционирования БТ в схеме с ОЭ. Так для p-n-p БТ при подаче сигнала управления (тока базы) в базу поступают электроны, вызывая нарушение электронейтральности базы. Для устранения этого из эмиттера в базу начинают поступать дырки. С уче-

меньше времени жизни t Б , часть дырок уходит в коллектор без рекомбинации. Таким образом, на один электрон, поступивший в базу, в коллекторный переход попадает значительно большее число дырок, что и обеспечивает значения b > 1 . БТ, имеющие

b> 400 , называют транзисторами супер-бета.

ВБТ выполняется соотношения:

400

I КЭ 0 - ток в цепи обратно смещенного перехода БТ, вклю-

ченного в схему с ОЭ, при условии, что ток базы равен нулю. Необходимо обратить внимание, что условия измерения то-

ков влияют на величину измеряемых токов. Так ток I КБК не ра-

вен току I КБ 0 . Дело в том, что при коротком замыкании эмит-

терного перехода (условия измерения тока I КБК ) одна из со-

ставляющих ток эмиттера ( I ЭР ) не обращается в нуль. В резуль-

тате I КБК всегда больше I КБ 0 . Аналогичные рассуждения при-

менимы и к токам I ЭБК и I ЭБ 0 .

Значения токов также зависят от схемы включения БТ. Так

торного перехода в схеме с ОБ (U КБ 0 ) и с ОЭ (U КЭ 0 ) при условии равенства нулю тока эмиттера и тока базы соответственно.

Режим активной работы. Статическими параметрами активного режима является статические коэффициенты передачи тока

Режим насыщения. К числу статических параметров в режиме насыщения относятся U КБнас как падение напряжения между выводами база – коллектор в режиме насыщения для схемы с ОБ и U КЭнас - в схеме с ОЭ. I Кнас. - ток коллектора в режиме

401

насыщения, Rнас. сопротивление насыщенного транзистора, g Н - степень насыщения транзистора, определяемая как

Параметры режима насыщения подробно рассмотрены в 6.9.

6.5. Явления в БТ при больших токах

Стремление получить максимальные выходные параметры от БТ сопровождается работой транзистора при больших токах. При этом возникает ряд явлений, которые надо учитывать при проектировании схем. К числу эффектов, возникающих при больших токах, относятся следующие:

1.В базе бездрейфового БТ возникает внутреннее электрическое поле;

2.Увеличивается толщина базы;

3.Возникает эффект квазинасыщения БТ;

4.Происходит оттеснение тока эмиттера на периферию. Причина возникновения внутреннего электрического поля в базе аналогична той, что рассмотрены в разделе 4.10. Возникаю-

щее поле является ускоряющим для инжектированных в базу носителей.

Поскольку ширина ОПЗ перехода зависит от количества носителей вблизи перехода, то при больших токах из-за уменьшения ширины ОПЗ коллекторного и эмиттерного переходов происходит увеличение ширины базы , ив соответствии с(6.12) уменьшение коэффициента передачи ток эмиттера.

коллекторным переходом (U КБp-n ) и слоем полупроводника так, что при определенном токе коллектора падение напряжения на ОПЗ коллекторного перехода фактически уменьшится до нуля, т.е. БТ будет находиться на границе перехода между активным

403

6.6. Модуляция толщины базы коллекторным напряжением (эффект Эрли)

Эффект Эрли – это изменение толщины базы БТ при изменении напряжения на коллекторном переходе. Физически эффект Эрли прост и понятен – при изменении обратного напряжения изменяется ширина ОПЗ коллекторного перехода, следовательно, модулируется толщина базы. Необходимо иметь в виду, что эффект Эрли является очень важным эффектом и объяснение очень многих закономерностей в БТ базируется на этом эффекте. Можно выделить шесть основных следствий эффекта Эрли:

1)Основной параметр БТ– коэффициент передачи тока эмиттера определяется в соответствии с формулой

вательно, при фиксированном напряжении на эмиттерном переходе ток эмиттера зависит от напряжения на коллекторном переходе.

3)Одним из следствий эффекта Эрли является явление прокола базы БТ. Прокол базы – это смыкание ОПЗ эмиттерного и коллекторного переходов при увеличении напряжения на кол-

лекторном переходе. Напряжение прокола базы U прок определя-

ется исходя из того, что прокол происходит тогда, когда

W

Рисунок 6.8. Рисунок, поясняющий появление отрицательной обратной связи по напряжению

4)Возникает отрицательная обратная связь по напряжению. Действительно, при увеличении U КБ уменьшается толщина базы W . Если задать постоянным значение тока эмиттера, то новое распределение инжектированных носителейp¢n должно быть параллельно распределению pn , соответствующее исход-

ному значению напряжения U КБ . Из рисунка 13.8. видно, что

405

уменьшению напряжения на эмиттерном переходе отU ЭБ до

U ЭБ¢ .

Количественно величина отрицательной обратной связи характеризуется коэффициентом отрицательной обратной связи по напряжению m .

Численное значение m лежит в пределах 10-4 – 10-3, что го-

ворит о наличии неглубокой отрицательной обратной связи по напряжению.

5)При изменении толщины базы меняется время пролета но-

дел 13.11.) одна из характеристических частот БТ– частота fa определяется временем пролета носителей через базу, и кроме того fa задает значение двух других частот f ГР и f max . Таким

образом можно говорить о том, что коллекторное напряжение влияет на частотные параметры БТ.

6)В коллекторном переходе БТ возникает диффузионная емкость. Это происходит из-за того, что при изменении напряжения U КБ граница ОПЗ коллекторного перехода из сечения 1 пе-

реходит в сечение 2 (рис. 6.8) очень быстро (~10-13с), а имеющийся вблизи коллекторного перехода заряд создает диффузи-

онную емкость коллекторного переходаCКD . Её величина определяется формулой 6.21.

где tБ - время жизни неосновных носителей заряда в базе

RКБ - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

6.7. Пробой транзистора