11.8. Влияние уровня инжекции на параметры транзисторов

Напомним, что все полученные до сих пор результаты относились к случаю малой инжекции, когда концентрация неравновесных неосновных носителей в базе была меньше концентрации основных равновесных.

В процессе инжекции дырки входят в область базы (транзистор p-n-p) и практически мгновенно за время релаксации через базовый контакт в базу входит такое же количество электронов для сохранения электрической нейтральности базы.

В установившемся режиме дырки непрерывно входят в базу из Э и уходят из нее через коллекторный переход. Таким образом от Э к К течет непрерывный диффузионный поток дырок.

В то же время вошедшие в Б электроны заперты полем коллекторного перехода и из Б не уходят.

Изменение концентрации электронов в базе практически повторяет закон рас­пределения в базе дырок . Следовательно, в базе долж­но существовать некоторое электрическое поле, которое удерживает электроны в неподвижном состоянии и препятствует их движению под действием градиента концентрации.

Плотность электронного тока в этом случае составит

.

Проведём некоторые преобразования

,

откуда можно получить значение напряженности электрического поля в базе:

, (11.10)

откуда и следует соотношение Эйнштейна

В (11.10) – неравновесная концентрация неосновных носи­телей в базе у границы эмиттерного перехода. Естественно, что кон­центрация электронов в базе .

Выполним некоторые оценки. Пусть . За малый уро­вень инжекции примем . При ширине базы из (11.10) следует, что . При .

Плотность дырочного тока можно оценить по формуле

.

Значения и известны: и .

Сравним плотности диффузионного и дырочного токов (табл. 11.1).

Таблица 11.1

, м3	, В/м	, м/с	, м/с
1017	2,5 . 102	470	45
1018	12,5 . 102	470	227
1019	25 . 102	470	450

Таким образом, уже при дрейфовая составляющая становится сравнима с диффузионной и ее надо учитывать.

При высоких уровнях инжекции:

а) увеличивается проводимость базы и снижается эффективность эмиттера;

б) изменяются потери на рекомбинацию в базе, причем действуют два противоположных фактора: увеличение концентрации дырок увеличивает рекомбинацию, а увеличение их скорости под действием внутреннего поля сокращает время их пребывания в базе и, следовательно, уменьшает рекомбинацию;

в) потери на поверхностную рекомбинацию уменьшаются, так как уменьшается вероятность отклонения дырок к поверхности, уве­нчивается вынос дырок в пассивные области базы.

11.9. Работа транзисторов в импульсном режиме

Работа транзистора в импульсном режиме сопровождается, как правило, тем, что сигнал на входе транзистора большой.

В этом случае нельзя пользоваться системами малосигнальных параметров.

В импульсном режиме рабочая точка, которая находится на пересечении нагрузочной характеристики транзистора с одной из кривых статических выходных характеристик транзистора, перемещается в значительных пределах (рис. 11.20).

Рис. 11.20. Импульсные свойства транзи­стора

Можно обозначить три основные области вольт-амперных характеристик:

1) активная область – в этой области транзистор обладает активными свойствами, т. е. спосо­бен обеспечивать усиление по мощности;

2) область отсечки – в этой области и ток коллектора становится практически не­управляемым;

3) область насыщения – в этой области коллектор отпирается и начинается инжекция дырок из К в Б и, наоборот, инжекция электронов из Б в К.

В области отсечки (точка 1) напряжение на коллекторе макси­мально, ток коллектора – минимален. Мал также и базовый ток, со­стоящий из суммы обратных токов запертых эмиттерного и коллекторного переходов.

С уве­личением тока эмиттера рабочая точка в конце концов переместится на границу области насы­щения – в точку 2. Дальнейшее увеличение не приводит к росту тока коллектора, наблюда­ется насыщение тока коллектора.

С ростом , будет возрастать только ток базы, так как при больших напряжение на коллекторном пере­ходе уменьшается до такой степени, что кол­лекторный переход отпирается и сам начинает инжектировать дырки в область базы.

Если теперь на эмиттер подать запирающий импульс, то отрица­тельное напряжение на коллекторе не может мгновенно восстано­виться.

В начальный период эмиттер работает в режиме коллектора. В отличие от статического случая отрицательные токи эмиттера мо­гут иметь значительную величину. Исчезают дырки и вследствие ре­комбинации. Через некоторое время отрицательное напряжение на коллекторе восстановится, но , так как рассасывание накоп­ленных дырок в базе продолжается. Только после того как концентра­ция дырок в базе достигает равновесного значения, рабочая точка за­фиксируется в стационарном положении (точка 1).

Переход рабочей точки из режима отсечки в режим насыщения также не происходит мгновенно.

Установление концентрации нерав­новесных носителей в базе определяется скоростью протекания диф­фузионных процессов.

Таким образом, чтобы оценить работу транзистора в импульсном режиме, необходимо знать: время, необходимое для перехода триода из запертого состояния в открытое, т.е. длительность фронта импуль­са коллекторного тока; время рассасывания, в течение которого тран­зистор находится в открытом состоянии после выключения управ­ляющего импульса; время, необходимое для перехода транзистора в закрытое состояние, т. е. время спада.

В режиме насыщения неравновесные носители заполняют не только активную область базы, но и пассивные области.

По мере того как концентрация дырок в активной области базы начинает спадать, начинается приток дырок из пассивных областей. Это может привес­ти к самооткрыванию транзистора (рис. 11.21).