Твердотельная електроника / Tverdotila_elektronika

струмом IKêåð . Ця назва зумовлена тим, що чим більше дірок інжектуються емітером у базу, тим їх більша кількість

де h21Á - статичний коефіцієнт передачі струму емітера. Оскільки IKêåð IKp IEp , то h21Á 1.

З формули (3.9) випливає найважливіша властивість БТ: керування вихідним струмом можливе при зміні струму вхідного. У формулі (3.9) вважається, що IE IEp , тому що

електронний струм IEn малий внаслідок слабкої легованості

Через ввімкнений у зворотному напрямі КП протікає дрейфовий струм неосновних носіїв, який називається зворотним струмом колектора IKÁ0 . Цей струм проходить

від “+” джерела U KÁ через базу, КП, колектор до “-”U KÁ . Оскільки напрям цього струму збігається з напрямом керованого колекторного струму IKêåð , то можна записати

для повного колекторного струму БТ у схемі зі спільною базою в активному режимі

де IKí åêåð IKÁ0 - некерована складова колекторного струму в ССБ.

79

З рисунка 3.4 випливає, що загальний струм бази дорівнює

Враховуючи формули (3.10) та (3.11), з (3.12) нарешті одержимо вираз першого закону Кірхгофа для струмів електродів БТ у довільній схемі ввімкнення:

Порівнюючи формули (3.11) та (3.14), можна зробити висновок, що рекомбінаційна складова струму бази

базового струму визначається рекомбінаційною складовою.

3.1.4 Вплив конструкції та режиму роботи транзистора на h21Б

80

Оскільки у нормальному режимі роботи транзистора M 1, то статичний коефіцієнт передачі струму емітера

Для поліпшення керувальних властивостей БТ потрібно збільшувати h21Á і, отже, його співмножники та .

Ефективність емітера (коефіцієнт інжекції ) можна підвищити, як це випливає з (3.2), збільшенням IEp і зменшенням IEn . Це досягається виконанням умови N AE N ÄÁ , про що йшлося у п. 3.1.1. При цьому діркова складова емітерного струму IEp значно перевищує електронну IEn , і коефіцієнт інжекції досягає величини 0,995 .

З метою збільшення коефіцієнта перенесення треба згідно з формулою (3.7) зменшити активну ширину бази або збільшити дифузійну довжину LP . Величину LP можна

збільшити за рахунок зменшення ймовірності рекомбінації дірок, що можна здійснити при слабкому легуванні бази

співвідношення , тим менше дірок розсіюється у базі і тим їх більша кількість потрапляє на КП.

Для сучасних БТ величина статичного коефіцієнта передачі струму емітера h21Á 0,99 .

Значення коефіцієнта h21Á залежить також від струму емітера IE і від напруги U KÁ .

Графік залежності h21Á f (IE ) показаний на рисунку 3.6. В області малих I E (ділянка I на рисунку 3.6)

81

рекомбінують у базі з електронами.

Рисунок 3.6 – Залежність h21Á від струму емітера

При збільшенні IE (ділянка II) дифузійні струми зростають швидше, ніж рекомбінаційні, і коефіцієнт перенесення зростає, збільшуючи h21Á . При великих струмах емітера (ділянка III) значно зростає інжекційна електронна складова струму емітера IEn за рахунок електронів від джерела U EÁ . Це приводить до зменшення частки діркового струму через ЕП, зменшується і, отже, коефіцієнт передачі транзистора h21Á .

Залежність h21Á f (UKÁ ) визначається зміною (модуля-

цією) товщини бази (рис. 3.7), а також лавинним множенням носіїв у КП під час пробою. При збільшенні U KÁ товщина запірного шару КП збільшується в напрямі

базової області, оскільки N AK N ÄÁ . Це супроводжується

зменшенням активної ширини бази і, отже, збільшенням коефіцієнта перенесення за формулою (3.7). При деякій

напрузі UKÁ виникає пробій КП, лавинне помно-

ження носіїв приводить до збільшення коефіцієнта М.

82

Внаслідок цього, згідно з формулою (3.16), зростає і стає більшим за одиницю коефіцієнт передачі h21Á .

h21Б

1

Рисунок 3.7 – Залежність h21Á від напруги колектора

3.1.5 Схема вмикання транзистора зі спільним емітером та спільним колектором

Схему БТ зі спільною базою докладно розглянуто у п 3.1.3. Розглянемо тепер особливості й основні кількісні співвідношення для схем зі спільним емітером (ССЕ) та спільним колектором (ССК).

Схема зі спільним емітером

БТ у названій схемі вмикання показано на рисунку 3.8 для випадку активного режиму. Фізичні процеси в транзисторі аналогічні до процесів у ССБ.

Під дією напруги U ÁE в колі емітера протікає IE . У базі

цей струм розгалужується. Основна його частина йде до колектора, створюючи керовану складову вихідного струму. Друга, менша частина струму IE , йде в коло бази,

створюючи струм бази рекомбінації. Назустріч струму рекомбінації через базу протікає зворотний струм колектора IKÁ0 . Таким чином, вираз (3.10) є справедливим і для цієї

схеми. Але оскільки вхідним струмом в ССЕ є струм бази IÁ , то потрібно одержати залежність IÊ від IÁ . З цією

83

метою у формулу (3.10) потрібно підставити значення IE з формули (3.13). Одержимо

Рисунок 3.8 – Струми БТ у схемі зі спільним емітером

84

Коефіцієнт пропорційності h21E , який установлює зв’язок між керованою складовою IK і струмом бази, називають статичним коефіцієнтом передачі базового струму. При значеннях h21Á 0, 95 0, 99 значення h21E

становлять відповідно 19-99. Переваги ССЕ:

1) високий статичний коефіцієнт передачі вхідного струму h21E h21Á - гарні підсилювальні властивості БТ

у схемі зі спільним емітером; 2) значно більший вхідний опір ССЕ порівняно з ССБ,

оскільки при однакових вхідних напругах UÅÁ UÁÅ

струм бази IÁ значно менший, ніж струм емітера IÅ

(див.(3.14)).

Недоліком схеми зі спільним емітером є те, що некерована складова її колекторного струму в (1 h21E ) разів більша, ніж у ССБ, оскільки струм IÊÁ0 як одна зі

складових вхідного струму IÁ підсилюється транзистором.

Схема зі спільним колектором

БТ у схемі ввімкнення зі спільним колектором показано на рисунку 3.9. Режим роботи транзистора – активний режим, вхідна напруга схеми U KÁ , вихідна U EK , вхідний

струм IÁ , вихідний IE .

IE h21K IБ h21K IКБ0

IБ

U БК +-

+- U EК

IK

Рисунок 3.9 – Струми БТ у схемі зі спільним колектором

85

За формулами (3.10) та (3.13) одержуємо

статичним коефіцієнтом передачі струму бази у схемі зі спільним колектором. Порівнюючи вирази (3.19) та (3.22), можна дійти висновку, що h21K h21E . Тому ССК також добре підсилює вхідний струм.

Оскільки в схемі (рис. 3.9) UEK UÁÊ UÅÁ UÁÊ (тому що U ÅÁ мала як напруга на прямо увімкненому переході), а

Iâèõ Iâõ (тому що IE IÁ ), то ССК має таку важливу властивість: великий вхідний і малий вихідний опори. Ця обставина обумовлює використання схеми зі спільним колектором при побудові емітерних повторювачів.

Недолік ССК той самий, що і в ССЕ: оскільки IÊÁ0 як

складова базового струму підсилюється транзистором і h21K h21E , то схема має велику некеровану складову вихідного струму.

3.1.6Модель Еберса-Молла

Зметою аналізу властивостей БТ або електронних схем

зтранзисторами потрібно використовувати співвідношення, які встановлюють зв'язок між струмами БТ і напругами на

86

його електродах. Ці співвідношення можна одержати з моделі транзистора (рис. 3.10), яка має назву моделі ЕберсаМолла. У цій моделі не враховуються об’ємні (розподілені) опори областей емітера, колектора та бази, переходи зображені як діоди. Джерело струму h21Ái I1 описує явище

керування колекторним струмом за допомогою струму IE . Джерело h21Ái I2 враховує можливість керування транзистором в інверсному режимі.

Рисунок 3.10 – Модель Еберса - Молла БТ

Струми I1 та I2 - це струми інжекції переходів, що визначаються за формулами:

де ISE , ISK - струми насичення ЕП та КП (зворотні струми

переходів). Формула (3.24) одержана для випадку короткого замикання колектора з базою, формула (3.25) – для випадку короткого замикання емітера з базою.

Зі схеми моделі Еберса-Молла (рис. 3.10) випливає, що

87

88