Микроэлектроника.-2

30

ка; U K = I K RK , где RK - сопротивление коллекторного полупроводника ) перераспределяется между коллекторным переходом (U КБp-n ) и слоем полупроводника так, что при определенном

токе коллектора падение напряжения на ОПЗ коллекторного перехода фактически уменьшится до нуля, т.е. БТ будет находиться на границе перехода между активным режимом и режимом насыщения, т.е. возникает режим квазинасыщения.

Напряжение U ЭБ падает на ОПЗ эмиттерного перехода и слое

базы U ЭБ = U ЭБp-n +U Б = U ЭБp-n + I Э RБ . Поскольку пути протекания тока в БТ, вытекающего из различных точек эмиттера, различны, то разным будет падение напряжения на сопротивлении базы (рис. 3.6).

Из-за увеличенного падения напряжения на слое базы истинное напряжение на эммитерном переходе, определяющее величину тока эмиттера, оказывается наименьшим в центральной части эмиттерного перехода, т.е. происходит оттеснение тока из центральной части эмиттера на периферию.

Э U ЭБ Б

p+

n p+

p

К

Рисунок 3.6. Рисунок, поясняющий оттеснение тока эмиттера на периферию при больших токах

Необходимо отметить, что основной параметр БТ– коэффициент передачи тока эмиттера(базы) также зависит от величины тока эмиттера (рис. 3.7). При выборе режима работы БТ, необходимо обеспечить его работу при токах, соответствующих максимальным значениям a .

32

3) Одним из следствий эффекта Эрли является явление прокола базы БТ. Прокол базы – это смыкание ОПЗ эмиттерного и коллекторного переходов при увеличении напряжения на коллекторном переходе. Напряжение прокола базы U прок определяется

Или, домножая числитель и знаменатель на подвижность носи-

W

Рисунок 3.8. Рисунок, поясняющий появление отрицательной обратной связи по напряжению

4) Возникает отрицательная обратная связь по напряжению. Действительно, при увеличении U КБ уменьшается толщина базы W . Если задать постоянным значение тока эмиттера, то новое распределение инжектированных носителейp¢n должно быть параллельно распределению pn , соответствующее исход-

ному значению напряжения U КБ . Из рисунка 3.8. видно, что

Количественно величина отрицательной обратной связи характеризуется коэффициентом отрицательной обратной связи по напряжению m .

Численное значение m лежит в пределах 10-4 – 10-3, что говорит о наличии неглубокой отрицательной обратной связи по напряжению.

5)При изменении толщины базы меняется время пролета носи-

13.11.) одна из характеристических частот БТ– частота fa определяется временем пролета носителей через базу, и кроме того fa задает значение двух других частот f ГР и f max . Таким об-

разом можно говорить о том, что коллекторное напряжение влияет на частотные параметры БТ.

6)В коллекторном переходе БТ возникает диффузионнаяем кость. Это происходит из-за того, что при изменении напряжения U КБ граница ОПЗ коллекторного перехода из сечения 1 пе-

реходит в сечение 2 (рис. 3. 8) очень быстро (~10-13с), а имеющийся вблизи коллекторного перехода заряд создает диффузи-

онную емкость коллекторного переходаCКD . Её величина определяется формулой 3. 21.

где tБ - время жизни неосновных носителей заряда в базе

34

RКБ - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

3.7. Пробой транзистора

Одной из причин, наряду с проколом базы, ограничивающих напряжение на коллекторном переходе, является пробой транзистора. Говоря о пробое БТ, обычно имеют в виду пробой коллекторного перехода. Из трех известных механизмов применительно к БТ говорят обычно о лавинном механизме пробоя, поскольку туннельный пробой коллекторного перехода маловероятен, а тепловой может иметь место, но как вторичный эффект. Пробой характеризуется напряжением пробоя, которое в зависимости от схемы включения, измеряется при токе IЭ = 0 в

схеме с ОБ (U КБ 0 ) или IБ = 0 в схеме с ОЭ (U КЭ 0 ). При измерении напряжения пробоя в схеме с ОБ пробой происходит как в отдельном p-n переходе: появляющиеся в ОПЗ коллекторного перехода электроны выталкиваются полем перехода в базу и уходят из нее через вывод базы. Напряжение пробоя для схемы

с ОБ обозначается U КБ 0 и измеряется при IЭ = 0.

Пробой в схеме с ОЭ имеет некоторую особенность(рис.3.9). Появляющиеся в результате ударной ионизации носители -вы талкиваются из ОПЗ коллекторного перехода: дырки увеличивают ток коллектора, а электроны выталкиваются область базы.

35

терном переходе, что вызывает рост тока эмиттера и соответственно коллектора.

Пробой по указанному механизму вызывает резкий и фактически неограниченный рост тока в цепи коллектора и может привести к разрушению БТ, если не принять специальных мер. По-

этому включение БТ при условии, что IБ = 0, является недопус-

тимым. Обычно БТ включают так, чтобы в цепи базы стоял резистор. Тогда процессы лавинообразного роста тока в цепи коллектора становятся невозможными. Напряжение пробоя БТ в

этом случае обозначается какU КЭR . Величины напряжений

пробоя в схеме с ОБ и ОЭ связаны между собой соотношением

3.22.

где в - коэффициент, зависящий от материала, из которого изготовлен БТ (в = 2 ¸ 6) .

3.8. Статические характеристики

Под статическими характеристиками понимаются взаимосвязи между токами и напряжениями в БТ, измеренные на постоянном напряжении при отсутствии нагрузки в выходной цепи. Поскольку в БТ имеются входные и выходные токи и входные и выходные напряжения, то можно установить значительное количество соотношений между ними. В практике полупроводниковой электроники используются четыре семейства характеристик: входные, выходные, характеристики прямой передачи и характеристики обратной связи.

Статические характеристики для схемы с ОБ.

Входные характеристики - IЭ = f (U ЭБ ) /UКБ = const . Внеш-

ний вид входных характеристик(рис.3.10) соответствует прямым ветвям ВАХ электронно-дырочного перехода. Аналитически входная характеристика приближенно задается выражением

IЭ = IЭБ 0 (exp qUЭБ -1) .

КТ