
- •1. Общая характеристика веществ в электронике
- •1.1 Электрические свойства веществ. Полупроводники
- •Электрические заряды в полупроводниках
- •Энергетические диаграммы
- •Электропроводность полупроводников
- •1.5 Токи в полупроводниках
- •1.6 Особенности примесных полупроводников
- •1.7 Расчёт концентрации подвижных носителей заряда
- •2. Общие свойства контактов веществ в электронике
- •2.1 Контакты и структуры в электронике
- •2.2 Контактная разность потенциалов
- •2.3 Собственные токи в контактах
- •2.4 Электроёмкость контактов
- •2.5 Электрический и тепловой пробой в контактах
- •3. Контакт металл – полупроводник. Диоды шотки
- •3.1. Основные свойства металло-полупроводниковых контактов
- •3.2. Диоды Шотки
- •4. Контакт полупроводников р- и n- типа
- •4.1. Основные свойства p-n перехода
- •4.2. Основные числовые характеристики p-n перехода.
- •4.3 Вольт-амперная характеристика p-n перехода
- •5. Диоды на основе m-n, p-n переходов
- •5.1 Мощный выпрямительный диод
- •5.2. Импульсные и высокочастотные диоды
- •5.3. Стабилитрон
- •5.4. Варикап
- •5.5. Диоды на основе p-I-n структуры
- •5.6. Свето- и фото-диоды. Солнечные батареи
- •6. Структура металл-диэлектрик-полупроводник.
- •6.1. Основные свойства мдп-структуры
- •6.3 Основные параметры мдп-транзистора
- •6.4. Статические характеристики мдп-транзистора
- •6.6. Арсенид-галлиевый полевой транзистор
- •7.1. Основные свойства биполярного транзистора
- •7.2. Биполярный транзистор в схеме с общей базой
- •7.3. Дрейфовый биполярный транзистор
- •7.3. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
- •7.4. Статические характеристики биполярного транзистора
- •8. Инерционные свойства мдп и биполярных транзисторов
- •8.1. Причины инерционности мдп и биполярных транзисторов
- •8.2 Импульсные свойства мдп и биполярных транзисторов
- •8.3 Частотные свойства мдп и биполярных транзисторов
- •9. Igbt транзистор
- •10. Контакт проводник - вакуум. Электронные лампы
- •11. Компьютерное моделирование электронных элементов
- •11.1. Компьютерная модель диода
- •11.2. Компьютерная модель транзистора
- •12. Шумы электронных приборов
7.3. Дрейфовый биполярный транзистор
Увеличению коэффициента усиления способствует также неоднородное легирование базы: примесей вводят больше вблизи ЭП, меньше вблизи КП. В такой базе нескомпенсированных ионов примеси, появляющихся из-за рекомбинации основных и неосновных носителей, больше вблизи ЭП (квадраты рис. 36). В результате, в базе возникает собственное электрическое поле.
Рис. 36
Собственное поле в такой базе – ускоряющее для неосновных носителей и сила Кулона FK заставляет их дрейфовать к КП. В результате свободные электроны (кружки на рис.36) пересекают базу быстрее (дрейфовый транзистор). Поэтому время пребывания в такой базе, так называемое время пролёта, меньше, вероятность рекомбинации и потери из-за неё меньше, импульсные и частотные свойства лучше. В настоящее время БТ изготавливаются преимущественно в виде дрейфовых транзисторов.
7.3. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
Если для полевых транзисторов наиболее распространённой является схема с общим истоком, то для БТ – это схема с общим эмиттером, рис. 37.
Рис. 37
При таком включении входным, управляющим током является самый маленький ток БТ – ток базы Iб, составляющий обычно 1…2 % от токов Iэ и Iк. Поэтому усиление по току достигает десятков – сотен раз, а усиление по мощности максимально.
Из основных уравнений схемы с общей базой можно получить основные уравнения схемы с общим эмиттером:
Iэ = Iк + Iб (43)
(такой же, как и для схемы с общей базой, закон Кирхгофа)
Iк = βIб + (β + 1)Iкб0 = βIб + Iкэ0 (44)
Здесь β – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером.
Согласно (44), обратный ток коллектора в схеме с общим эмиттером Iкэ0 значительно больше, чем Iкб0. Однако в кремниевых БТ и этот ток очень мал. Пренебрегая им, из (44) получим:
β = Iк / Iб (45)
Из основных уравнений данных схем включения следует связь β и α:
β = α / (1 – α) (46)
Если, например, количество экстрагированных из базы носителей составляет 98% от количества инжектированных в неё носителей, то α = 0.98. При этом согласно (46), β ≈ 50. Усиление по току в схеме с общим эмиттером в этом случае примерно в 50 раз больше, чем в схеме с общей базой.
7.4. Статические характеристики биполярного транзистора
Входные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости Iэ(Uэб) при различных Uкб , т.е. ВАХ эмиттерного перехода, рис. 38а. Эти характеристики
а) б)
Рис. 38
представляют интерес только при прямых входных напряжениях. Они близки к обычной для ВАХ p-n перехода экспоненте.
Положение входной характеристики несколько зависит от выходного напряжения Uкб. При увеличении этого напряжения увеличивается толщина обедненного слоя КП. Следовательно, уменьшается эффективная толщина базы w и возрастает градиент инжектированных в неё свободных электронов dn/dw. Поэтому с ростом Uкб возрастает и диффузионный входной ток (эффект Эрли).
Выходные характеристики БТ в схеме с общей базой – это зависимости Iк(Uкб) при различных токах эмиттера, т.е. ВАХ коллекторного перехода, рис. 38б.
По форме они такие же, как обратная ветвь ВАХ p-n перехода (см. рис. 14,б), но смещены от нуля на значение тока, созданного за счет инжектированных из эмиттера в базу электронов. В отличие от ВАХ p-n перехода, их принято помещать в первом квадранте, т.е. в перевёрнутом виде. Выходные характеристики обычно изображают в виде семейства характеристик. Это позволяет графически отразить не только зависимость Iк(Uкб), но и зависимость Iк(Iэ).
По отношению к ВАХ p-n перехода выходные характеристики частично смещены в область прямых напряжений. Следовательно, Iк остаётся большим в отсутствие напряжения на КП и даже при небольших прямых напряжениях. Это объясняется тем, что экстракция неосновных носителей из базы осуществляется собственным полем КП. И только при небольших прямых напряжениях, близких к к0, ток в нём исчезает из-за встречного диффузионного тока КП.
Входные и выходные характеристики БТ в схеме с общим эмиттером, как и в схеме с общей базой, подобны ВАХ p-n перехода.
Входные характеристики изображены на рис. 39. Входное напряжение в схеме с общим эмиттером UбЭ – это напряжение на ЭП. Входной ток – это почти неизменная часть тока ЭП: Iб ≈ Iэ/β. Поэтому входные характеристики
Рис. 39
в схеме с общим эмиттером отличаются только обратным проявлением эффекта Эрли, т.е. влиянием выходного напряжения Uкэ на входной ток Iб. Когда с ростом Uкэ КП расширяется, а база сужается, Iб уменьшается из-за уменьшения рекомбинации. Входные характеристики смещаются вправо, а не влево, как в схеме с общей базой. Выходные характеристики схемы общим эмиттером изображены на рис. 40. Выходной ток Iк, как и в схеме с общей базой – это ток КП. Выходное напряжение Uкэ - это напряжение на КП плюс напряжение на ЭП: Uкэ = Uкб + Uбэ. Поэтому выходные характеристики на величину Uбэ смещены вправо и целиком находятся в первом квадранте. Из-за того, что выходное напряжение частично приложено и к ЭП, выходные характеристики имеют также более значительный наклон.
Рис. 40