18.Частотные свойства бт

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 увеличивается по модулю, то коллекторный переход расширяется, база становится меньше и коэффициенты и возрастают (...Error: Reference source not found). А так как , то возрастает ток коллектора при , что не учитывается моделью Эберса-Молла. Следовательно, учитывая эффект Эрли, коллекторный диод в схеме Эберса-Молла необходимо шунтировать сопротивлением, дифференциальное значение которого составляет при .

Зная Error: Reference source not found, для активного режима получим

,

(3.21)

где – ширина коллекторного перехода в базовой области; .

Из ( 3 .21) видно, что, во-первых, сопротивление обратно пропорционально току эмиттера, а во-вторых, так как очень мало, сопротивление велико.

При включении по схеме с ОЭ изменение напряжения приводит к изменению коэффициента и, следовательно, тока коллектора Error: Reference source not found. Этот эффект эквивалентен шунтированию коллекторного перехода сопротивлением

.

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

.

(3.22)

Из ( 3 .21) и ( 3 .22) видно, что сопротивление коллекторного перехода при включении БТ по схеме с общим эмиттером в меньше сопротивления БТ, включенного посхеме с ОБ; Это отражается на наклоне выходных вольт-амперных характеристик (см. рис.Рисунок 3 .5 и рис. Error: Reference source not found, 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 , соответствующих активному режиму, приблизительно выбираем точкуих пересечения с осью напряжений для некоторого диапазона смещений (рис. 3 .5, точка А).

Считая треугольники АОВ и ВСД подобными, можно записать, что ДС/СВ=ОВ/ОА. А так как ДС = , СВ == , ОВ = , а ОА = , то можно записать

19. Рисунок 3.5 –Механизм определения напряжения Эрли

,

(3.23)

где –напряжение Эрли.

19. Вторым следствием эффекта Эрли является существование в БТ внутренней обратной связи, которая проявляется в зависимости напряжения от при длясхемы с ОБ и зависимости от при для схемы с ОЭ и характеризуется коэффициентами и

Рисунок 3.6– Механизм возникновения внутренней обратной связи под действием эффекта Эрли: а – ОБ, ; б – ОЭ, .

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. 3 .6, а) и ОЭ (рис. 3 .6, б)

При изменении напряжения или изменяется толщина базы и, как видно из рис. 3 .6, граничная концентрация неосновных носителей . При (см. рис. 3 .6, а) получим

;

учитывая, что

и ,

получим:

.

При должен сохраняться полный заряд избыточных неосновных носителей в базе , т.е. при изменении , а, следовательно, площади треугольников ОАД и ОВЕ должны быть равны.

,

где – площадь эмиттера.

.

Учитывая, что , получим

Следовательно, . При увеличении обратного смещения на коллекторном переходе толщина базы уменьшится и напряжение , судя по величине (см. рис. 3 .6, а), уменьшится, препятствуя увеличению тока коллектора. Следовательно, обратная связь является отрицательной.

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. 3 .7, а);

режим насыщения (эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении) (рис. 3 .7, б);

активный нормальный режим (эмиттерный переход включен в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях) (рис. 3 .7, в);

активный инверсный режим (эмиттерный переход включен в обратном, а коллекторный — в прямом направлениях) (рис. 3 .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 Error: Reference source not found:

,

где в качестве U_j 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

 ;	(3.24)
E .	(3.25)

Из( 3 .25) видно, что если база легирована равномерно, то E_х = 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. 3 .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. 3 .9, а), схема с общим эмиттером - ОЭ (схема с базовым входом) (рис. 3 .9, б), схема с общим коллектором - ОК (эмиттерный повторитель) (рис. 3 .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. 3 .10, I) остальная — пассивной (рис. 3 .10, II).

Рисунок 3.7 – 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 3.8 – 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 3.9– Схемы включения транзисторов

а– с общей базой; б – с общим имиттером; в – с общим коллектором.

В таблице 3 .1приведены соотношениякооэфициентов передачи тока K_I, напряжения K_Uи мошности K_Pтранзисторов с различным типом включения.

Таблица 3.1–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 3.10– Типичный n-р-n планарно-эпитаксиальный транзистор