Шпора(дополненная)
.pdf
1.Аналитические выражения для ВАХ р-n-переходов
Общее выражение
Считаем что перенос носителей заряда обусловлен только диффузией
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
|
|
|
|
Текст |
|
J Jn Jp qDngradn qDpgradp ; |
Jp qDp |
dpn(x) |
. |
указанного |
|
dx |
стиля в |
||||
|
|
|
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
|
документе |
|
|
|
|
|
отсутствует..1) |
Подставляя в(Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1) выражение(1.28), для Jp получим
Jp qDp |
pn0 |
(exp |
qU |
1)(sh |
x |
cth( |
WБ |
)ch |
x |
) , |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
Lp |
|
|
kT |
|
|
|
|
Lp |
Lp |
Lp |
||||||||
и для сечения x = 0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
pn0 |
|
|
|
qU |
|
WБ |
|
|
|
|
|
|
|
Текст |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
указанного |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Jp qDp Lp |
(exp |
kT 1)cth Lp . |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
стиля в |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
документе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отсутствует..2) |
И по аналогии (диффузия электронов в эмиттер Wэ) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
|
|
|
np0 |
|
|
|
qU |
WЭ |
|
|
|
Текст |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
указанного |
|||||||||||
Jn qDn |
|
|
(exp |
|
|
1)cth |
|
|
. |
|
|
|
|||||||||
Ln |
kT |
Ln |
|
|
|
стиля в |
|||||||||||||||
документе отсутствует..3)
Случай длинной базы
Если WБ>> Lp, то cth WБ/Lp 1; если WЭ>> Ln, то cth WЭ/Ln 1. A значит,
J Jn Jp (qnp0 |
Dn |
qpn0 |
Dp |
)(exp |
qU |
1) . |
|
|
|
||||
|
Ln |
Lp |
|
kT |
|
|
Или, переходя от плотности тока к току,
I Is(exp qUkT 1)
где Is (встречаются обозначения Iнас, I0, Iт) — ток насыщения.
(Ошибка!
Текст
указанного стиля в документе отсутствует..4)
(Ошибка!
Текст
указанного стиля в документе отсутствует..5)
Для случая длинной базы:
|
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
|
|
|
|
Текст |
Is Aq( pn0 |
Dp |
np0 |
Dn |
указанного |
|
|
|
) |
|||
Lp |
Ln |
стиля в |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
документе |
|
|
|
|
|
отсутствует..6) |
где А — площадь р-n-перехода.
Выражение (Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..6) можно записать в различных модификациях, зная, что
pn0 ni2/Nd, |
np0 ni2/Na, |
D = kT/q. |
При прямом смещении Is имеет смысл постоянной зависящей от материала
р-n-перехода. Из(Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..5) прямое U на p-n-переходе
Uпр(U * ) |
kT |
ln |
I Is |
|
kT |
ln |
I |
. |
|
|
|
|
|||||
|
q |
Is |
|
q |
Is |
|||
P-n переход с тонкой базой
Так как WБ<< Lp , |
WЭ<< Ln,тоcthWБ / Lp Lp / WБ, а |
cth WЭ / Ln Ln /WЭ |
Выражение для плотности тока насыщения. |
|
|
(Ошибка!
Текст
указанного стиля в документе отсутствует..7)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Текст |
|
|
|
Dn |
|
Dp |
|
qU |
|
указанного |
||||
|
J (qnp0 |
|
qpn0 |
|
)(exp |
|
1) . |
|
|||||
WЭ |
WБ |
kT |
стиля в |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
документе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
отсутствует..8) |
Т.е. выражение I Is(exp |
qU |
1) сохраняется, но |
|
|
|
|
|
||||||
kT |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
|
|
|
|
np0 Dn |
|
|
pn0 Dp |
|
|
Текст |
||
|
|
Is Aq( |
|
) |
|
указанного |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
WЭ |
|
WБ |
|
|
стиля в |
||||||
документе отсутствует..9)
Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1– ВАХ р-n-перехода: а — с "длинной базой"; б — с тонкой базой
Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..2– Влияние величины обратного напряжения на распределение концентрации неосновных носителей в тонкой базе
2.Входное сопротивление, коэффициент усиления по току, коэффициент усиления по напряжению, коэффициент усиления по мощности биполярного транзистора на низкой частоте в схеме с общей базой
Входное сопротивление для схемы с ОБ: Rвх = Uвх/Iвх= Uэ/Iэ |
|
|
|
|
|
|
|||
Коэффициент усиления по току для схемы с ОБ: |
= |
/ |
= |
/ |
|
|
|
|
|
Коэффициент усиления по напряжению для схемы с ОБ: |
= |
/ |
* |
= |
/ |
* |
|||
Коэффициент усиления по мощности для схемы с ОБ: |
= |
|
/ |
* |
= |
/ |
* |
||
|
|
|
|
|
|
|
|||
Параметр |
|
Схема включения |
|
|
|
|
|||
|
ОБ |
|
|
ОЭ |
|
|
|
ОК |
|
|
<1 |
|
|
>1 |
|
|
|
>1 |
|
|
>1 |
|
|
>1 |
|
|
|
<1 |
|
|
>1 |
|
|
>1 |
|
|
|
>1 |
|
3.Лавинный пробой электронно-дырочного перехода. Тепловой пробой.
При этом механизме пробоя свободные носителей между отдельными столкновениями в ОПЗ р-n- перехода приобретают в электрическом поле энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей при ударах.. Максимальная напряженность поля в резком р-n-переходе
| E max | |
qNaxp |
|
qNdxn |
. |
| E max | |
qNБxd |
, |
|
0 |
|
0 |
|
0 |
||
В рассматриваемом случае большинство носителей заряда, проникающих в обедненную область при умеренных обратных напряжениях, это электроны из области р-типа. Небольшим количеством дырок, попадающих из области n-типа, можно пренебречь. У краев области пространственного заряда электрическое поле мало, и здесь практически нет носителей заряда, способных до ближайшего столкновения с решеткой набрать в поле кинетическую энергию, достаточную для генерации электронно-дырочной пары. Следовательно, лавинный механизм ограничен той частью области пространственного заряда, где напряженность поля равна критической
(рис.1.12, а).
Дополнительная концентрация электронов (следовательно, и дырок), создаваемая на участке dx электронами, приходящими слева, равна
dn' dp nndx n(n0 n1)dx
где n — коэффициент ионизации для электронов, зависящий от величины поля.
Если обозначить через nj концентрацию электронов, достигающих точки x2, то
nj = n0 + n1 + n2,
где n2 — концентрация электронов, появившихся в интервале от x2 до xб
получаем
(Ошибка!
Текст
указанного стиля в документе отсутствует..10)
(Ошибка!
Текст
указанного стиля в документе отсутствует..11)
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
nj n0 nj xб dx |
|
|
Текст |
||
|
|
указанного |
|||
xa |
|
|
стиля в |
||
|
|
|
|
документе |
|
|
|
|
|
отсутствует..12) |
|
Обозначим через коэффициент лавинного умножения М отношение концентраций электронов, |
|||||
выходящих из области пространственного заряда, nj, иэлектронов, входящих в эту область, n0: |
|||||
M |
nj |
(1 x 2 |
dx) 1 |
(Ошибка! Текст |
|
n0 |
|||||
|
x1 |
|
|
||
|
|
|
|
||
указанного стиля в документе отсутствует..13)
Когда интеграл в формуле (1.92) приближается к единице, коэффициент умножения неограниченно возрастает. Таким образом, режим лавинного умножения определяется условием
|
(Ошибка! |
x 2 |
Текст |
dx 1 |
указанного |
x1 |
стиля в |
документе отсутствует..14)
Расчет М по формуле (1.73) представляет собой достаточно сложную задачу, поэтому для описания коэффициента умножения часто используют эмпирическую аппроксимацию вида
|
|
|
|
|
|
(Ошибка! |
|
U |
|
|
|
|
Текст |
|
n |
1 |
|
указанного |
||
M [1 (Uпр ) |
] |
|
, |
|||
|
стиля в |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
документе отсутствует..15)
Тепловой пробой вызывается недопустимым перегревом p-n-перехода, когда отводимое от перехода в единицу времени тепло меньше выделяемого в нем тепла при протекании большого обратного тока, в результате чего происходит интенсивная генерация пар носителей заряда. Этот процесс развивается лавинообразно, поскольку увеличение обратного тока за счет перегрева приводит к еще большему разогреву и дальнейшему росту обратного тока.
4.Физические эквивалентные схемы БТ
Транзисторы в схемах аналоговой техники (линейные усилители, частотные фильтры и т.д.) работают в активном нормальном режиме ( UЭБ 0 , UKБ 0 ), причем изменение входного напряжения на
эмиттерном переходе меньше теплового потенциала T kT q . Транзистор, работающий в таких условиях,
удобно анализировать с привлечением малосигнальной физической эквивалентной схемы, в которой все элементы являются линейными. Эти элементы моделируют конкретные физические процессы, происходящие в транзисторе, аихзначения можно вычислить через электрофизические или топологические параметры транзисторной структуры.
Физическую малосигнальную эквивалентную схему транзистора можно построить таким образом, что она сможет описать его свойства для любой из известных схем включения, но, как правило, для каждой схемы включения удобнее приводить свою конкретную эквивалентную схему.
Физическая эквивалентная схема БТ для малого сигнала в схеме с ОБ
Физическая эквивалентная схема а БТ в схеме с ОЭ
5.Составляющие прямого и обратного тока p-n перехода.
При обратном смещении р-n-перехода суммарное электрическое поле в ОПЗ увеличивается и равновесие между процессами генерации и рекомбинации нарушается в пользу генерации носителей заряда. Генерация носителей заряда происходит через ловушки, имеющие энергетические уровни вблизи середины запрещенной зоны. Если тепловое возбуждение приведет к забросу электрона из валентной зоны на уровень ловушки, то дырка, возникшая в валентной зоне, переносится электрическим полем ОПЗ в р-облаcть. Электрон, локализованный на ловушке, вернуться в валентную зону не может, так как там нет дырок, с которыми он может рекомбинировать. Поэтому возникает вероятность теплового возбуждения электрона в зону проводимости ОПЗ, откуда он переносится в n-область (рис.Ошибка! Источник ссылки не найден.).
В результате генерации пар носителей заряда образуется обратный ток генерации в ОПЗ р-n-перехода IG. Этот ток пропорционален объему ОПЗ (A xd) и скорости генерации в нем носителей
|
|
(Ошибка! |
|
|
ni |
Текст |
|
G |
указанного |
||
|
|||
2 0 |
|||
стиля в |
|||
|
|
||
|
|
документе |
|
|
|
отсутствует..16) |
где 0= 1/Nt Uдиф — время жизни, связанное с рекомбинацией избыточных носителей в области, где концентрация центров рекомбинации равна Nt/(Et Ei); а — поперечное сечение захвата дырок и электронов (полагаем n p ); Uдиф — скорость диффузии
IG = Axdqni/2 0
(Ошибка!
Текст
указанного стиля в документе отсутствует..17)
На рис.Ошибка! Источник ссылки не найден. и рис.Ошибка! Источник ссылки не найден. видно, что ток генерации совпадает по направлению с током насыщения, следовательно, суммарный ток реального р-n- перехода
(Ошибка!
Текст
Iобр = Is + IG + Iут указанного
стиля в документе отсутствует..18)
где Iут — ток утечки р-n-перехода, величина которого определяется опытным путем, и в дальнейших рассуждениях он не рассматривается.
Is Aq(pn 0 |
D p |
np0 |
Dn |
) - для случая длинной базы |
||||
Lp |
|
|
||||||
|
|
|
|
Ln |
||||
Is Aq( |
nn 0Dn |
|
pp0Dp |
) - для случая тонкой базы |
||||
|
|
|||||||
|
WЭ |
|
WБ |
|||||
Iпр = Iин + IR
6.Полевые транзисторы
Общие сведения.
Участвует один тип носителей заряда. Управляются полем или напряжением. В структуру входит: Исток, сток, подложка, затвор, канал.
Исток – область прибора, откуда свободные носители заряда, которые являются основными для истока, канала, стока – входят в канал.
Сток - область прибора, откуда свободные носители заряда, которые являются основными для истока, канала, стока – выходят из канала в нагрузку.
Канал – область, соединяющая исток и сток и имеющая по отношению к ним один тип электропроводности.
Затвор – Область прибора, управляющая величиной тока стока.
Полевые транзисторы
1.Канальные
ПТУП (полевые транзисторы с управляющим p-n переходом)
ПТШ (полевой транзистор с затвором Шотки)
2.МДП – транзисторы
ПТУП
ПТШ |
МДП |