Микроэлектроника.-2

20

БТ – это управляемый током активный элемент электроники. Управление выходным током в БТ осуществляется за счет изменения входного тока. БТ является активным элементом, так как имеет возможность производить усиление по мощности.

Различают p-n-p и n-p-n транзисторы. Их условно-графичесие изображения представлены на рис. 3.2.

Направление стрелки в эмиттерном выводе показывает направление тока эмиттера.

Рисунок 3.2. Условно-графическое обозначение БТ

БТ могут включать в схемах с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис.3.3.).

Общим считается электрод, являющийся общим для входной и выходной цепей.

Отличительной особенностью схем с ОЭ и ОБ является малое входное сопротивление, тогда как схема с ОК имеет высокое входное сопротивление.

БТ может быть включен нормально и инверсно. Нормальное включение – это когда эмиттерный переход включен в прямом, а коллекторный в обратном направлении.

Инверсное включение – когда коллекторный переход включен в прямом, а эмиттерный в обратном направлении.

n

К

Рисунок 3.4. Структура реального БТ

Отличие свойств эмиттерного и коллекторного переходов, а следовательно и нормального и инверсного включения, хорошо видно из рис. 3.4, где показана структура реального БТ.

Важно, что концентрация примеси в эмиттере N Э много боль-

ше, чем в базе N Б , а площадь эмиттера много меньше площади коллекторного перехода.

В зависимости от смещения переходов различают три режима работы БТ: активный, насыщения и отсечки.

Активный режим – эмиттерный переход смещен в прямом, коллекторный в обратном направлениях.

Режим насыщения – оба перехода смещены в прямом направлении.

Режим отсечки – оба перехода смещены в обратном направлении.

Из трех указанных режимов управляемым режимом является активный режим работы БТ.

По характеру движения носителей зарядов от эмиттера к коллектору БТ подразделяются на дрейфовые и бездрейфовые.

Бездрейфовый БТ – это транзистор, у которого носители от эмиттера к коллектору перемещаются за счет диффузии. Дрейфовый БТ – это транзистор, у которого носители заряда перемещаются от эмиттера к коллектору и за счет диффузии и за счет внутреннего электрического поля в базе транзистора. Внутреннее электрическое поле в базе возникает из-за неоднородного легирования базы. База бездрейфового БТ легирована однородно.

Рисунок 3.5. Потоки носителей зарядов в БТ

С учетом того, что поток дырок из эмиттера в базу много больше, чем поток электронов из базы в эмиттер, ток рекомбинации IЭрек мал. В дальнейшей работе БТ главную роль играют дырки,

инжектированные из эмиттера в базу. Двигаясь по базе дырки частично рекомбинируют, создавая ток I рекv за счет рекомбина-

ции носителей в объеме, I рекБ - за счет рекомбинации на базовом контакте, I рекS - за счет рекомбинации на поверхности. Не про-

рекомбинировавшие дырки дойдут до коллекторного ЭДП(ток

25

Обычно эффективность коллектора полагают равной единице, поскольку из-за разницы в площадях эмиттерного и коллекторного переходов ( S K >> SЭ ) все носители, инжектированные

эмиттером, собираются коллекторным переходом.

К числу внешних физических параметров БТ относятся - сле дующие:

Статический коэффициент передачи тока эмиттераa -

определяется следующим образом :

В дальнейшем индекс, указывающий нормальное включение, будем упускать, обозначая нормальный коэффициент передачи тока эмиттера через a ;

Дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера

~ . По определению a

26

При условии, что коэффициент передачи тока эмиттераa не

зависит от тока эмиттера( da = 0 ), дифференциальный коэф- dIЭ

фициент ~ равен статическому . В дальнейшем будем счи- a a

тать, что эти коэффициенты равны. Значение a всегда меньше единицы, если в коллекторном переходе не происходит лавинного размножения носителей заряда. При наличии лавинного

размножения aM = a × M > 1 .

Указание о том, что a измеряется при постоянном напряжении на коллекторном переходе связано с эффектом Эрли, который будет рассмотрен в разделе 3.5.

Для БТ, включенного в схему с ОЭ основным параметром является коэффициент передачи тока базы b , который определяется следующим образом:

функционирования БТ в схеме с ОЭ. Так для p-n-p БТ при подаче сигнала управления (тока базы) в базу поступают электроны, вызывая нарушение электронейтральности базы. Для устранения этого из эмиттера в базу начинают поступать дырки. С уче-

том того, что время пролета носителей через базу tБ много меньше времени жизни t Б , часть дырок уходит в коллектор без рекомбинации. Таким образом, на один электрон, поступивший

27

в базу, в коллекторный переход попадает значительно большее число дырок, что и обеспечивает значения b > 1 . БТ, имеющие

b> 400 , называют транзисторами супер-бета.

ВБТ выполняются соотношения:

3.4. Статические параметры

Статическими параметрами БТ называют значения токов или напряжений, измеряемых на постоянном напряжении при определенных условиях, а также соотношения между этими величинами.

Режим отсечки. Статическими параметрами режима отсечки являются начальные и обратные токи переходов.

Начальными токами переходов являются токи в одном из пере-

ходов при его обратном смещении при условии, что другой переход закорочен, т.е. условием измерения этих токов является короткое замыкание одного из переходов. К числу начальных

токов относятся токи I КБК , I ЭБК , I КЭК .

I КБК - ток в цепи коллектора БТ, включенного по схеме с ОБ,

при его обратном смещении при коротком замыкании цепи эмиттер – база.

I ЭБК - ток в цепи эмиттера транзистора, включенного в схему с

ОБ, при обратном смещении эмиттерного перехода и коротком замыкании коллекторного перехода.

I КЭК - ток в цепи коллекторного перехода, включенного в схему с ОЭ при обратном смещении коллекторного перехода и коротком замыкании цепи эмиттер – база (U БЭ = 0) .

Обратные токи переходов – это токи в одном из переходов, когда он обратно смещен, при условии, что ток другого перехода равен нулю, т.е. обратные токи измеряются при условии холостого хода одного из переходов.

I КБ 0 - ток в цепи коллекторного перехода БТ, включенного в

28

схему с ОБ, при включении его в обратном направлении при условии, что ток эмиттера равен нулю.

I ЭБ 0 - ток в цепи эмиттерного перехода, когда он обратно смещен при условии, что ток коллектора равен нулю.

I КЭ 0 - ток в цепи обратно смещенного колдлекторного перехода

БТ, включенного в схему с ОЭ, при условии, что ток базы равен нулю.

Необходимо обратить внимание, что условия измерения токов влияют на величину измеряемых токов. Так ток I КБК не равен току I КБ 0 . Дело в том, что при коротком замыкании эмиттерно-

го перехода (условия измерения тока I КБК ) одна из составляю-

щих тока эмиттера( IЭР ) не обращается в нуль. В результате всегда больше I КБ 0 . Аналогичные рассуждения примени-

мы и к токам I ЭБК и I ЭБ 0 .

Значения токов также зависят от схемы включения БТ. Так ток I КБ 0 и I КЭ 0 не равны между собой. Легко показать, что они свя-

торного перехода в схеме с ОБ (U КБ 0 ) и с ОЭ (U КЭ 0 ) при условии равенства нулю тока эмиттера и тока базы соответственно. Режим активной работы. Статическими параметрами активного режима является статические коэффициенты передачи тока эмиттера a и тока базы b .

b = I K - I КЭ0 /U КБ = const I Б

29

Режим насыщения. К числу статических параметров в режиме насыщения относятся U КБнас - падение напряжения между выводами база – коллектор в режиме насыщения для схемы с ОБ

Параметры режима насыщения подробно рассмотрены в 3.9.

При этом возникает ряд явлений, которые надо учитывать при проектировании схем. К числу эффектов, возникающих при больших токах, относятся следующие:

·В базе бездрейфового БТ возникает внутреннее электрическое поле;

·Увеличивается толщина базы;

·Возникает эффект квазинасыщения БТ;

·Происходит оттеснение тока эмиттера на периферию. Причина возникновения внутреннего электрического поля в базе аналогична той, что происходит в диодах при высоком уровне инжекции. Возникающее поле является ускоряющим для -ин жектированных в базу носителей.

Поскольку ширина ОПЗ перехода зависит от количества носителей вблизи перехода, то при больших токах из-за уменьшения ширины ОПЗ коллекторного и эмиттерного переходов происходит увеличение ширины базы и, в соответствии с (3.12) уменьшение коэффициента передачи тока эмиттера.

При больших токах коллектора напряжение U КБ =U КБp-n + U K

U p -n

( КБ ) - падение напряжения на ОПЗ коллекторного перехода;

U K - падение напряжения на слое коллекторного полупроводни-