- •Тема 4. Биполярные транзисторы
- •4.1. Биполярные транзисторы Конструкция. Режимы работы.
- •4.2 Зонные диаграммы биполярного транзистора.
- •4.3 Токи в транзисторе. Коэффициент передачи тока эмиттера. Коэффициент инжекции. Коэффициент переноса.
- •4.4 Модель Эберса – Молла биполярного транзистора.
- •4.5 Схемы включения биполярного транзистора
- •4.6 Входные вах биполярного транзистора в схеме включения об.
- •4.7 Выходные вах биполярного транзистора в схеме с об.
- •4.8 Вах реальных транзисторов.
4.4 Модель Эберса – Молла биполярного транзистора.
Модель Эберса – Молла – наиболее распространенная физическая модель биполярного транзистора. Она описывает процессы в активной области транзистора, т. е. процессы взаимодействия переходов без учета сопротивлений слоев, учет которых существенно усложняют систему уравнений Эберса – Мола.
I1, I2 – собственные токи эмиттерного и коллекторного переходов.
NI1 - транзитная составляющая тока эмиттера, (индекc N -нормальный режим)
II2 - транзитная составляющая тока коллектора (индекc I -инверсный режим).
Первый з-н Кирхгофа
(4.9)
(4.10)
(4.11)
В соответствии с физическими процессами направления токов выбраны таким образом, чтобы в активном нормальном режиме все они были положительны.
Идеализированная ВАХ эмиттерного p-n перехода
(4.12)
(4.13)
IЭО - обратный ток эмиттера при коротком замыкании коллекторного перехода.
Из (4.13) при UКБ=0 I2=0.
Из (4.9) Iэ=I1
Из (4.12) при UЭБ/Т>>1 Iэ= IЭО
IКО- обратный ток коллектора, при кз эмиттерного перехода ( ).
Из (4.12) при UЭБ=0 I1=0.
Из (4.10) Iк= I2
Из (4.13) при UКБ/Т>>1 Iк= IКО
Идеальный режим КЗ активной области транзистора невозможно реализовать из-за влияния остаточных сопротивлений слоев. Поэтому модель приводится к параметрам, определяемым в режиме хх. Определяются значения обратных токов переходов в режиме обрыва противоположного перехода.
Из (4.10) при IК=0 I2 = N I1.
Из (4.9) и (4.12)
При UЭБ/Т>>1 Iэ= IЭО
(4.14)
- обратный ток эмиттера при xx коллекторного перехода.
Из (4.9) при IЭ=0 I1 = I I2.
Из (4.10) и (4.13)
При UКБ/Т>>1 Iк= IКО
(4.15)
- обратный ток коллекторного при ХХ эмиттерного перехода.
Система уравнений Эберса-Молла:
(4.16)
(4.17)
NIЭО = IIКО (4.18)
(4.19)
Точность применения модели Эберса-Молла определяется точностью определения параметров конкретного транзистора IЭО, IКО, N, I. При этом следует учитывать идеализацию модели – не учтены объемные сопротивления слоев, нелинейность параметров, пробой переходов и т.д.
4.5 Схемы включения биполярного транзистора
Различают три схемы включения
ОБ –схема включения с общей базой (вход –эмиттер, выход –коллектор)
ОЭ –схема включения с общим эмиттером (вход –база, выход –коллектор)
ОК –схема включения с общим коллектором (вход –база, выход –эмиттер).
4.6 Входные вах биполярного транзистора в схеме включения об.
- зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе.
Входные ВАХ: Iэ=f(UЭБ)Uкб=const или UЭБ =f(Iэ)UКБ=const
Применим (4.9, 4.12, 4.13, 4.18)
(4.20)
(4.21)
1. ,,
В этом случае имеем ВАХ идеализированного эмиттерного перехода, Iэо - тепловой ток эмиттера при кз коллектора.
2.
,
По сравнению с предыдущим случаем ток эмиттера незначительно увеличивается и, в частности, при UЭБ=0
3. 0<UКБ<0,7В – прямое. В этом случае ВАХ сильно зависят от величины параметра, так как ток эмиттера содержит встречную транзитную составляющую (режим насыщения и инверсный).
Для качественного понимания процессов в транзисторе в различных режимах очень важное значение имеют графики распределения неосновных зарядов в базе. Каждой точке на кривых семейства ВАХ соответствует определенное распределение. При построении кривых применяют три правила. Рассмотрим их на примере p-n-p транзистора.
А. Граничная концентрация определяется напряжением на соответствующем переходе (2.24 , 2.31).
(2.22)
(2.23)
При UЭБ=UКБ=0 граничные концентрации равны равновесной: pnБ (0)= pnБ (w)= pnБ0.
При подаче прямых напряжений граничные концентрации увеличиваются (инжекция), pnБ (0)= pnБ (w)>> pnБ0. При подаче обратных напряжений граничные концентрации уменьшаются (экстракция), pnБ (0)= pnБ (w)=0.
Б. Наклон графиков на границах базы определяется величиной тока (ток диффузии пропорционален градиенту концентрации)
(2.24)
(2.25)
В. В активном режиме распределение практически линейно.
0. Равновесное состояние. UЭБ=0, UКБ=0. pnБ(0)= pnБ(w)=0
1. UЭБ1>0, pnБ1(0)> pnБ0. UКБ=0, pnБ1(w)=0. Граничный режим.
2. UЭБ2= UЭБ1>0, pnБ2(0)= pnБ1(0)> pnБ0.
UКБ2<0, pnБ2(w) )=0. Активный режим.
3. UЭБ3= UЭБ1>0, pnБ3(0)= pnБ1(0)> pnБ0.
UКБ3>0, pnБ3(w) > pnБ0. Режим насыщения.
4. UЭБ4> UЭБ1>0, pnБ4(0)> pnБ1(0)> pnБ0.
UКБ4= UКБ3>0, pnБ4(w) > pnБ3(w) > pnБ0. Режим насыщения.
5. UЭБ5< UЭБ1, pnБ5(0)<pnБ1(0).
UКБ4< UКБ1, pnБ5(w) =0. Активный режим.