Шпора(дополненная)

19.Эффект Эрли и его следствия

Модуляция ширины базы напряжением на обратно смещенном коллекторном переходе называется эффектом Эрли (по имени ученого Дж.Эрли, впервые исследовавшего это явление).

Действие эффекта Эрли проявляется в работе БТ в виде двух основных следствий.

Если БТ работает в активном нормальном режиме и напряжение UКБ U увеличивается по модулю, то коллекторный переход расширяется, база становится меньше и коэффициенты N и N возрастают

...Ошибка! Источник ссылки не найден.. А так как IK NIЭ IK0 , то возрастает ток коллектора при

IЭ const, что не учитывается моделью Эберса-Молла. Следовательно, учитывая эффект Эрли,

коллекторный диод в схеме Эберса-Молла необходимо шунтировать сопротивлением, дифференциальное

значение которого составляет r

dUКБ

при I

Э

const.

K

dIK

Зная Ошибка! Источник ссылки не найден., для активного режима получим

1

1

1

(Ошибка!

d

N

d

N

dW

d

N

dx

dk

Текст

r

I

Э

I

Э

Б

I

Э

,

указанного

K

dUКБ

dWБ dUКБ

dWБ dUКБ

стиля в

документе отсутствует..24)

где xdk – ширина коллекторного перехода в базовой области; dxdk dWБ .

Из (Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..24) видно, что, во-первых, сопротивление rK

обратно пропорционально току эмиттера, а во-вторых, так как	d N	очень мало, сопротивление r
	dUКБ	K
велико.

При включении по схеме с ОЭ изменение напряжения UКЭ приводит к изменению коэффициента N и,

следовательно, тока коллектора Ошибка! Источник ссылки не найден.. Этот эффект эквивалентен шунтированию коллекторного перехода сопротивлением

r	dUКЭ
K		dIК		I Б const .

С учетом того, что dUКЭ UКБ UЭБ dUКБ , т.к. изменение напряжения на открытом эмиттерном переходе мало, получим

1

1

(Ошибка!

dUКБ

d N

dWБ

2 d N

dWБ

Текст

rK

IБ

IБ N 1

.

указанного

dIK

dWБ dUКБ

dWБ dUКБ

стиля в

документе

отсутствует..25)

Из (Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..24) и (Ошибка! Текст указанного стиля в

документе отсутствует..25) видно, что сопротивление коллекторного перехода r		rK		при
K		N 1

включении БТ по схеме с общим эмиттером в N 1 меньше сопротивления rK БТ, включенного посхеме

с ОБ; Это отражается на наклоне выходных вольт-амперных характеристик (см. рис.Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..5 и рис. Ошибка! Источник ссылки не найден., б).

В задаче анализа и расчета схем интерес представляет напряжение Эрли, которое характеризует активный нормальный режим БТ в схеме с ОЭ. Проведя касательные к участкам графика IК f UКЭ ,

соответствующих активному режиму, приблизительно выбираем точкуих пересечения с осью напряжений для некоторого диапазона смещений (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..5,

точка А).

Считая треугольники АОВ и ВСД подобными, можно записать, что ДС/СВ=ОВ/ОА.

А так как ДС = IК , СВ == UКЭ , ОВ = IK , а ОА = UA , то можно записать

19. Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..5 –Механизм определения

								напряжения Эрли
dIK		1				IK ,		(Ошибка!
								указанного
								Текст
dUКЭ		rK				UA		стиля в
								документе
								отсутствует..26)

где UA –напряжение Эрли.

Вторым следствием эффекта Эрли является существование в БТ внутренней обратной связи, которая

20.проявляется в зависимости напряжения UЭБ от UКБ при IЭ const длясхемы с ОБ и зависимости

UБЭ от UКЭ при IБ const для схемы с ОЭ и характеризуется коэффициентами

Б

dUЭБ

и Э

dUБЭ

dUКБ

I

Э

const

dUКЭ

I

Б

const

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..6– Механизм возникновения внутренней обратной связи под действием эффекта Эрли: а – ОБ, IЭ const; б – ОЭ, IБ const .

Механизм возникновения внутренней обратной связи под действием эффекта Эрли пояснимна графиках распределения неосновных носителей в базе бездрейфового n-p-n-транзистора в активном нормальном режиме работы (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..6, а) и ОЭ (рис.Ошибка!

Текст указанного стиля в документе отсутствует..6, б)

При изменении напряжения UКБ или UКЭ UКБ изменяется толщина базы и, как видно из рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..6, граничная концентрация неосновных

	qU
носителей np2p	np0 exp		.
	kT

При IЭ const (см. рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..6, а) получим

dUЭБ dUЭБ dnp2p dWБ

БdUКБ dnp2p dWБ dUКБ ;

учитывая, что

dUЭБ

kT

dnp2p

np2p

dWБ

WБ

dnp2p

qnp2p

dI

Э

0

и

,

получим:

kT

dWБ

qWБ

dUКБ

.

При IБ const должен сохраняться полный заряд избыточных неосновных носителей в базе

Q

qSЭ np2p np0

WБ

, т.е. при изменении U

, а, следовательно, W

площади треугольников

Б

КЭ

2

Б

ОАД и ОВЕ должны быть равны.

2Q	Б		qSЭ	dn	W n	p2p	n	p0	dW	0
		2			p2p Б				Б
										,

np2p

где SЭ – площадь эмиттера.

np2p np0

np2p

dnp2p

np2p

dW

W

W

W

Б

dI

Б

0

Б

Б

Б

dI

Э

0

.

Учитывая, что UБЭ UЭБ , получим

dUБЭ

dUЭБ

dUЭБ

dUКЭ

dI

Б

0

dUКБ

dI

Б

0

dUКБ

dI

Э

0

Следовательно, Э Б . При увеличении обратного смещения на коллекторном переходе U

толщина базы уменьшится и напряжение UЭБ , судя по величине (см. рис.Ошибка! Текст

стиля в документе отсутствует..6, а), уменьшится, препятствуя увеличению тока коллектора. Следовательно, обратная связь является отрицательной.

КБ

указанного

20.Омический контакт. Контакты n+-n, Me-n+-n. энергетические зонные диаграммы параметры

Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления и генерации электромагнитных колебаний. Он включает в себя два p-nперехода: эмитерный и коллекторный, и три полупроводниковых области: эмитер, база и коллектор. Термин «биполярный» означает то, что токоперенос в этом типе транзистора осуществляется двумя типами свободных носителей заряда: основными и неосновными.

Биполярные транзисторы делятся на бездрейфовые, перенос инжектированных в базу носителей у которых осуществляется только за счет диффузии, и дрейфовые, у которых перенос носителей через базу осуществляется как за счет диффузии, так и за счет дрейфа.

Биполярный транзистор может работать в четырех режимах:

режим отсечки (эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении) (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..7, а);

режим насыщения (эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении) (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..7, б);

активный нормальный режим (эмиттерный переход включен в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях) (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..7, в);

активный инверсный режим (эмиттерный переход включен в обратном, а коллекторный — в прямом направлениях) (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..7, г).

Графики распределения концентрации неосновных носителей заряда в базе транзистора для всех режимов его работы строили исходя из следующих соображений: во-первых, база в транзисторе всегда тонкаяи, следовательно, распределение линейное; во-вторых, граничную концентрацию неосновных носителей в базе со стороны эмиттера или коллектора можно рассчитать, воспользовавшись уже известным выражением Ошибка!

Источник ссылки не найден.:

nргр np0 exp qUkTj ,

где в качестве Uj подставляют величину напряжения перехода эмиттер - база или коллектор - база соответствующего знака.

Если предположить, что ток основных носителей базы (дырок для n-p-n-транзисторов) равен нулю (считаем, что рекомбинация отсутствует), то

		dp		(Ошибка! Текст
	Jp 0 q pp x qDp		;	указанного стиля
		dx
				в документе
				отсутствует..27)

Dp

1

dp

kT

1

dp

E

x

.

p

p

dx

q

p

dx

(Ошибка!

Текст

указанного стиля в документе отсутствует..28)

Из(Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..28) видно, что если база легирована равномерно, то Eх = 0 (случай бездрейфового транзистора).

Как правило, в инженерных расчетах наличие поля в базе учитывается удвоением коэффициента диффузии неосновных носителей в базе. Наличие поля в базе несколько изменит вид энергетической зонной диаграммы транзистора и распределение концентрации неосновных носителей в базе (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..8).

В зависимости от названия электрода, который подключается к общему электроду внешней электрической цепи и по отношению к которому отсчитывается потенциал, различают три схемы включения транзистора: схема с общей базой - ОБ (схема с эмиттерным входом) (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..9, а), схема с общим эмиттером - ОЭ (схема с базовым входом) (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..9, б), схема с общим коллектором - ОК (эмиттерный повторитель) (рис.Ошибка!

Текст указанного стиля в документе отсутствует..9, в).

Как уже отмечалось, поведение транзистора во многом определяется параметрами и распределением концентрации носителей в базе. Поэтому та область транзистора, база которой находится непосредственно под областью эмиттера, называется активной (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..10, I)

остальная — пассивной (рис.Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..10, II).

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..7 – Энергетические зонные

диаграммы и распределение концентрации

неосновных носителей в базе n-р-n бездрейфового транзистора в режимах отсечки (а), насыщения (б), активном нормальном (в) и активном инверсном (г)

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..8 – Энергетическая зонная диаграмма (а) и распределение концентрации неосновных носителей в базе (б) n-р-n дрейфового транзистора в активном нормальном режиме

а)

б)

в)

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..9– Схемы включения транзисторов а– с общей базой; б – с общим имиттером; в – с общим коллектором.

В таблице Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1приведены соотношениякооэфициентов передачи тока KI, напряжения KUи мошности KPтранзисторов с различным типом включения.

Таблица Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..1–стравнительный анализ коэффициентов усиления по току, напряжению и мощности для различных схем включения транзистора.

Коэффициент передачи		Схема включения
	ОБ	ОЭ	ОК
КI	< 1	> 1	> 1
KU	> 1	> 1	< 1
KP	> 1	> 1	> 1

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..10– Типичный n-р-n планарно-

эпитаксиальный транзистор

21.Импульсные свойства биполярного транзистора: случай малого и большого сигналов.

1.1.1 Импульсные свойства БТ при малом сигнале

Длительность переходных процессов БТ определяется прежде всего тем, по какой схеме включен транзистор: с общей базой или с общим эмиттером.

В момент времени t 0 на вход БТ, в схеме с ОБ, подается отпирающий импульс тока Iвх IЭ . Движение электронов будет осуществляться за счет диффузии от эмиттера к коллектору, и через время N они достигнут ОПЗ коллектора. На этапе включения транзистора выражение для изменения тока коллектора с

момента времени t 0					до момента достижения установившегося тока коллектора IKуус NIЭ можно
записать какI		t					t
			I	1	exp
	K	0		Э
							N

, где I		Q		1
	Э		N	N

низкой частоте.

	1		dQN			dQ	jЭ	0 – коэффициент передачи тока эмиттера на
				dt		dt
	N

Рисунок Ошибка! Текст указанного стиля в документе отсутствует..11– Переходные процессы в БТ:

а – импульс входного тока; б – импульс тока коллектора

Длительность фронта тока коллектора (время нарастания t Нp ), определяемое на уровне 0.9IК.уст из

Ошибка! Источник ссылки не найден., t Нp						2.3
								N
После выключения входного импульса t n , ток коллектора уменьшается:
									(Ошибка!
									Текст
							t
I	K	t	I	э	exp			.	указанного
		0
							N		стиля в

документе отсутствует..29)

БТ с ОЭ. Введение в момент времени t 0 дырок в базу приводит к снижению потенциального барьера эмиттерного р-n-перехода след. вызывает инжекцию электронов из эмиттера в базу. В начальный момент

времени IЭ IБ .. Выражение для тока базы из модели управления зарядами БТ можно записать как