книги из ГПНТБ / Челноков В.Е. Физические основы работы силовых полупроводниковых приборов
.pdfгде ai = Pi —г—> Ло — полный диффузионный ток перехода j x \ <х2 =
' 10
— h ~Т^~ > ' з о — полный диффузионный ток перехода |
/,. |
' 30 |
|
Условие переключения |
|
(rfc/2 /rf/)=;(dc/2 /dc/1 )=0 |
(7-25) |
приводит к следующему выражению для напряжения переключения:
kT RK |
Г |
|
kTQ—at) |
_ " |
^- 2п = ' ~ -н— (1 — «2 ) |
QIIORJT |
(«i + « 2 — |
О |
|
Ч Кут |
N |
|||
— ( 1 — a 2 ) R s I f |
|
|||
|
|
|||
Ток переключения / п равен: |
|
|
|
|
|
1 —<х2 |
kT |
kT |
|
п = |
0 , 4 - 0 , - 1 |
" ^ у 7 + Т ^ Г л |
|
|
^7" (I — <х2)
x ' " - ^ y B ( ! , + J - i )
(7-26)
( 7 - 2 7 )
Из последнего соотношения видно, что ток переключения при отсутствии умножения уменьшается с увеличением тока управления базы. С другой стороны, из полученных соотношений видно, что как напряжение, так и ток переключения могут увеличиваться, если изменить направление базового тока /а. Из (7-26) в соответствии с изложенными выше общими соображениями следует, что с умень шением сопротивления утечки одного из эмиттерных р-я-переходов напряжение переключения будет увеличиваться. Ясно, что (7-26) будет выполняться лишь до тех пор, пока не достигнуто напряжение электрического пробоя коллекторного n-p-перехода /г, после чего дальнейшее уменьшение R y ? поведет лишь к увеличению тока пере ключения.
Для получения уравнения, определяющего токи инверсии, доста
точно в (7-23) положить U2 |
равным |
|
нулю. |
Это |
дает: |
|
|||||||
(1 - «,) = |
(а, + |
а, - |
1) |
/ „ |
( |
/ |
V |
й |
" |
_ |
1) |
4- /„ (1 _ « , ) ; |
(7-28) |
"ут |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ 1 |
= / 1 |
0 ( / |
^ |
_ |
1 |
) |
+ |
^ |
и |
_ |
/ б |
. |
"(7.29) |
Таким образом, определение значений тока через структуру, при которых происходит изменение знака напряжения на коллекторном р-п-переходе, сводится к нахождению корней трансцендентного урав нения i(7-28). Нахождение обоих корней может быть произведено методом последовательных приближений, однако нулевые прибли жения в каждом случае следует брать разные. А именно, для на хождения тока ступеньки в качестве нулевого приближения следует брать следующее приближение:
= Л»ЯИ . |
(7-30) |
150
В частном случае при 7=0 это приближение будет точным ре шением. Первое приближение при этом, очевидно, будет иметь вид:
т = г * т * + 1 а , Т - а ~ 1 ) к Т ->)• |
( 7 - 3 1 ) |
Эти приближения очень быстро сходятся, особенно при малых сопротивлениях утечки ^ у т , которые практически как раз и пред ставляют наибольший интерес, так что во многих случаях можно ограничиться первым приближением. Отсюда получаем приближен ное выражение для тока ступеньки (или первой инверсии коллектор ного напряжения):
ftl as / 1 0 е «' |
1 exp |
г — |
/1 0 /?У 1 X |
|
|
|
2 |
Следует иметь в виду, что эта формула хорошо" выполняется лишь для малых значений /б и <Ry?, т. е. для /в/?ут<£Лг. Для опре деления тока инверсии при переходе к прямому смещению на кол лекторном р-я-переходе заметим, что 1(7-28) можно записать в форме
U , i 2 " |
q " (a, + |
а,-1)<7Л./?у, "1" |
+~~^^r(Uit2~/6R,x) |
(7-33) |
|
и нулевое приближение в этом случае следует взять в виде
1'2 |
q |
( a , - f a 2 — |
\)qIuRyT |
Тогда первое приближение будет иметь вид:
1 , 2 ~ |
9 |
(«г -Н «• — I) |
1 |
П |
(«, + a2 - 1 ) qRyiIl0 |
а ток инверсии можно определить так:
kT |
(1 — a 2 )fe r |
(a, |
+ a2 — 1) qRyT/10 |
<7"35)
1
a i - f - a 2 — l j ' (7-36)
Из формул (7-32) и (7-36) видно, что при увеличении тока управления базы ток ступеньки или прямой инверсии увеличивается, а ток обратной инверсии уменьшается. При некотором значении анодного тока оба этих тока сравниваются, что соответствует тому
151
случаю, когда уравнение (7-21) или (7-28) |
имеют лишь один корень, |
т. е. базовому току управления спрямления. |
|
Для определения тока спрямления |
достаточно заметить, что |
в этой точке вольт-амперной характеристики производные по Ui от
обеих частей (7-28) |
равны, откуда |
|
|
|
||||
|
|
|
|
kT . |
|
kT(l—a2) |
|
|
Из (7-28) легко |
найти, что^ток спрямления равен: |
|
||||||
|
|
kT |
Г |
kT(l — а2) |
1 |
|
||
' • • " ' - " ^ r L |
? * У . Л . ( « . + » . - ! ) |
~ Т |
( 7 ' 3 8 ) |
|||||
Таким образом, ток спрямления зависит только от параметров |
||||||||
прибора и является для него |
постоянной |
величиной. Из |
сравнения |
|||||
(7-36) и !(7-38) |
видно, |
что ток инверсии |
связан с |
базовым током |
||||
спрямления следующим соотношением: |
|
|
|
|||||
Л ^ / в . с н р + - ^ - a. + a . - l |
|
(? -3 9 ) |
||||||
Отметим, что в |
.формулах |
(7-36), (7-39) подразумевается, что |
||||||
ток базы достаточен |
для осуществления |
положительного |
смещения |
|||||
р-я-перехода / ь |
в противном случае необходимо изменить знак перед |
|||||||
/б- Очевидно, что увеличение запирающего тока базы 'будет приво дить к увеличению тока инверсии.
Выше при рассмотрении модели р-л-р-п-структуры с омической утечкой в р-я-переходе /4 мы предполагали, что ток управления по ступает в р-<базу, прилегающую непосредственно к р-я-переходу /Y Представляет интерес сравнить, как изменяется влияние тока управ ления на характеристику четырехслойной структуры в том случае, когда ток управления будет поступать в «-базу, т. е. цепь управ
ления |
будет подключена |
к р-я-лереходу |
|
/з- |
При |
этом |
состояние |
|||||||
структуры будет описываться системой уравнений: |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
^УТ |
|
|
|
|
|
(7-40) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
/ |
= М п . . ^ ' ' * 7 " + |
y m e q |
V 3 |
l k |
T |
+ |
/«; |
|
|
(7-41) |
|||
откуда |
следует, |
что |
I |
+ |
h=lsoe"u>'kT, |
|
|
|
|
|
|
|
(7-42) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
/ . = (1 - а, - |
а,) |
/ 1 |
й е ч |
и ' 1 к Т + |
(1 - |
а,) ~ |
|
- а 2 / 6 . |
(7-43) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
А |
у т |
|
|
|
Используя, |
как и |
прежде, |
условие |
переключения |
(7-18), не |
|||||||||
трудно получить,'что ток переключения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
. |
(1 — <х2) kT |
kT |
/ в " |
(«, + a , - l ) ? / ? j , |
^ ^ у 7 |
v
Л
|
(1 |
—a2)kT |
|
Х 1 П |
+ |
0 ? Л о * у г ' |
( 7 - 4 4 > |
152
а напряжение переключения (в предположении линейной характери стики коллекторного р-я-перехода)
|
( l - a , ) f t 7 7 ? . |
f |
|
|
|
(\+*,)kT |
|
1 |
|
|
||||
= |
^ |
|
[1 + 1 П (а1 + а 1 - 1 ) 9 / 1 0 / ? Т 1 |
J - « ' ^ к - |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7-45) |
Таким образом, в случае управления |
р-я-р-я-структурой по базе, |
|||||||||||||
в которой зависимость а от тока отсутствует |
или значительно сла |
|||||||||||||
бее, чем в другой |
базе, ток переключения / п |
не зависит от тока ба |
||||||||||||
зы (в области напряжения на коллекторе, |
где можно |
пренебречь |
||||||||||||
умножением и изменением толщины |
базы). Далее, если а2 |
мал, зави |
||||||||||||
симость |
напряжения переключения |
Un |
от тока |
базы, как 'видно из |
||||||||||
сравнения t(7-45) |
и (7-19), выражена |
слабее, |
если же <х2 близок |
|||||||||||
к единице, эта зависимость становится более резкой. |
|
|
||||||||||||
Ток |
ступеньки определяется в этом случае соотношениями |
|
||||||||||||
|
|
|
Л . = Ло* |
* г |
+U[\l/Rn; |
|
|
|
(7-46) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
«, |
<"6RrT |
|
|
|
|
||
Ток инверсии равен: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
(l—at)kT |
|
|
|
, |
kT |
|
X |
|
|
|
|
|
|
(a i _|_a2 — 1) qRyi |
|
|
|
qRyT |
|
|
|
||||
|
^ . |
|
(l—at)kT |
|
|
|
|
/ ю « 2 |
qfiRji |
|
|
|||
|
X |
K + « ! - l ) ? W y , |
|
1 — |
« 2 |
|
kT ' |
( |
''™> |
|||||
Ток |
спрямления |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
1 — a2 |
kT |
|
(1 |
|
—a2)kT |
|
|
(7-49) |
||||
/б.спр = |
— |
|
Щ-у |
<7#УтЛо ( a l + |
a 2 — О |
|
||||||||
|
|
|
||||||||||||
т. е. в |
(1—a2 )/a2 |
раз |
отличается |
от соответствующего |
значения |
|||||||||
(7-38). Из (7-36) и (7-38) видно, что при а2 , близким к единице, за висимость тока инверсии от тока управления базы во втором случае
значительно сильнее. В то же |
время |
из (7-48) |
следует, что хотя |
||||||
уменьшение RyT |
ведет к увеличению |
тока |
инверсии |
коллекторного |
|||||
напряжения влияние тока базы на U при этом ослабляется. |
|
||||||||
ной |
В дальнейшем при анализе |
переходных |
процессов |
четырехслой- |
|||||
структуры |
нам понадобится |
результат, |
относящийся к несколь |
||||||
ко |
искусственному |
частному случаю |
р-га-р-я-структуры, но |
тем не |
|||||
менее позволяющий |
выяснить |
весьма |
важные |
взаимосвязи |
между |
||||
стационарными и нестационарными параметрами прибора, поэтому мы дадим здесь его вывод. Речь идет о токе спрямления полностью симметричной р-я-р-я-структуры, у которой, помимо упоминавшихся выше равенств толщин баз, степени их легирования, времен жизни, подвижностей и т. д., оба эмиттера имеют равные сопротивления утечки и ток управления поступает в обе базы. Такая структура бу дет описываться системой уравнений:
/ + / в = /1 .**''/*г + ^ Ч
А у т
/ = 2 p / n l H y ' / f t r + / 0 ,
153
откуда, так же как и выше, находим, что ток управления, осущест вляющий спрямление вольт-амперной характеристики, равен:
kT |
Г |
In qRjTf10 |
kT |
(7-50) |
/ б . спр ' |
|
(2<х„ — 1) |
||
Единицей в большинстве |
|
случаев можно пренебречь, |
тогда |
|
|
|
|
w |
|
kT |
|
ln |
hTcb-r- |
(7-51) |
'б.спр • |
|
w \ |
||
|
|
|
|
|
7-3. ПАРАМЕТРЫ р-я-р-я-СТРУКТУРЫ С ЭФФЕКТИВНОЙ
РЕКОМБИНАЦИЕЙ В ОБЛАСТИ ОБЪЕМНОГО ЗАРЯДА ЭМИТТЕРНЫХ р.я-ПЕРЕХОДОВ
Наконец, рассмотрим еще одну практически важную модель р-я-р-я-струкгуры, когда зависимость коэффициентов усиления услов ных составных триодов от тока обусловлена только рекомбинацией в области объемного заряда эмиттерных р-я-переходов. Как и в мо дели с искусственной утечкой, 'будем анализировать активную область вольт-амперной характеристики, когда оба эмиттера смещены в пря мом (направлении, а средний р-я-переход /г — в обратном, но умно жение носителей в нем месущесгвенпо. В этом случае вместо (7-1) — (7-3) будем иметь следующую систему уравнений:
/ + /б = Л о ^ / А Г + / , . о й № Г |
: |
(7-52) |
(7-53)
(7-54)
Из (7-52) находим напряжение на /?-я-переходе /,:
|
|
|
|
(7-55) |
Напряжение на /?-я-переходе /, |
|
|
||
|
2kT |
гзо |
/г, |
(7-56) |
3 |
Я |
2 / , . |
|
|
|
|
|
|
|
Далее из (7-53), 1(7-55), (7-56) получаем следующее выражение для собственного тока коллекторного р-я-перехода /г, которое, по существу, определяет ход вольт-амперной характеристики р-п-р-п-
154
структуры:
I Рг^рзо^гзо |
/ |
/ |
/гзо |
\ 2 | |
I |
|
^зо |
I/ |
\ |
^зо |
/ |
/30 |
|
|
F2' рзо |
. |
|
2'РЗО'гЗО |
|
|
л . |
|
|
|
|||
л . |
|
~ |
|
2/;30 |
|
|
Mni o |
'ПО |
|
|
(7 - 57) |
||
Л о |
|
2 |
/ ,о + |
Л |
|
|
|
|
|
||||
Легко видеть, что это выражение приводится к обычному виду |
||||||
характеристики р-я-р-я-структуры |
при |
/Г 1о=Л-зо=0. Действительно, |
||||
в этом случае |
|
|
|
|
|
|
/ . = - / Р. " Л . |
+ ! |
' |
рзо |
|
л . |
(7 - 58) |
|
|
|
|
|||
где отношения /nic/Ло и /Р зо//зо |
представляют коэффициенты ин |
|||||
жекции эмиттерных р-я-переходов в отсутствие токов рекомбинации. В дальнейшем анализе мы ограничимся рассмотрением трех ха рактерных случаев, которые позволяют выявить предельные возмож
ности |
значений |
различных |
параметров |
р-я-р-я-структуры, когда |
|||||||||
омическая утечка в эмиттерах отсутствует. |
|
|
ток эмиттерного |
||||||||||
В |
первом |
случае положим |
рекомбинационный |
||||||||||
р-я-перехода / г зо равным нулю. )При этом |
(7-57) |
сводится к следую |
|||||||||||
щему уравнению: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ |
+ |
/б |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/.о |
|
|
|
|
|
(г, |
^П10 |
. |
„ _^Р30_ |
1 А |
|
_ Р'^ п '° |
|
|
+ |
и |
( 7 - 5 9) |
|
|
1Рх |
/ |
-г h г |
|
|
|
/ |
2/,о |
|||||
|
— 1 |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
\ |
' 10 |
|
'30 |
по |
J |
|
М О |
|
|
|
|
|
Дифференцируя |
,(7-59) |
/ и полагая производную dhldl рав |
|||||||||||
ной "нулю, находим |
следующее |
выражение |
для |
тока |
переключения: |
||||||||
|
|
|
|
|
Pl^ш о ^ |
rie |
О |
Л |
о - |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
РЗО |
|
||||
|
|
|
z / 1 0 |
Л о |
+ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
'rlO |
-If |
|
|
|
|
(7 - 60) |
|
|
|
|
|
|
|
Л о |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, здесь, так же как и в случае наличия искусст венной омической утечки в р-я-переходе /1 [см. (7 - 27)], ток управле ния базы аддитивно связан с током переключения. Зависимость же тока переключения от нулевого тока рекомбинации" /,ю квадра тичная.
155
Из~(7-59) и (7-60) следует, что зависимость напряжения пере ключения Un от тока управления определяется в основном членом
^' |
/е, т. е. коэффициентом усиления |
по току |
я-/?-«-триода при |
отсутствии рекомбинации в /^-«-переходе /,. |
|
||
Во |
втором случае положим равным |
нулю |
ток рекомбинации |
в слое объемного заряда управляемого эмиттерного р-я-перехода /4 . При этом (7-57) приобретает вид:
г^рзоЛ-зо |
_ |
/ / |
Iгзо |
|
|
|
|
|
1зо |
I/ |
^ |
2 / 3 0 |
1 / |
|
|
|
' 30 |
|
|
||||
|
10 |
|
|
|
/ — |
|
|
|
2''рзо'гзо |
l^nlO , |
|
(7-61) |
|||
|
|
|
|
' я |
|
|
|
|
z / 3 0 |
|
|
|
|
||
В этом случае ток |
переключения |
|
|
|
|
||
|
|
М: |
|
|
|
'/-30 |
|
/п = Л |
|
рзо^гзо |
|
(7-62) |
|||
|
|
|
|||||
/ « 10 |
. D |
^рзо |
|
4/3 о |
|||
2 / |
|
|
|||||
2 |
|
+ |
|
|
|
|
|
z / 3 0 |
|
|
|
|
|
||
|
.~Г~ |
Н~1— |
|
|
|
||
|
' 1 0 |
|
' 3 0 |
|
|
|
|
и не зависит от тока управления подобно тому, что мы уже видели |
|||||||
при анализе формулы (7-44). Интересно отметить, |
что при выпол |
||||||
нении условия переключения |
|
|
|
|
|
|
|
|
Pi 4 ^ + |
1 |
• > 1 |
|
|
(7-63) |
|
'10
иравенства нулю рекомбинационного тока одного из эмиттерных p-n-переходов ток переключения квадратично связан с предельным значением коэффициента усиления другого эмиттерного перехода.
Наконец, в |
случае симметричной |
р-я-р-я-структуры, у которой |
||||||||
/ р з о = / щ о , ho=ho, |
/ г ю = / г з о , |
'Pi = |
p2=iB |
и ток управления поступает |
||||||
в обе базы, найдем, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
I |
2f/.щр/по |
У |
/ / |
Iпо |
V |
т. f ~Ь Л) |
|
|
||
|
|
/.о |
|
[ 2 / 1 0 |
J Г /,„ |
|
|
|||
- / |
^ |
2 8 ^ |
- 1 |
|
|
|
|
10 |
|
(7-64) |
|
|
|
|
• ^ - '7 |
ю 'б - |
|||||
|
\ |
' 1 0 |
|
|
|
|
' 10 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Отсюда ток переключения |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
' гЮ |
4 р - ^ - 1 |
|
|
|
||||
|
|
|
|
' 1 0 |
|
|
|
(7-65) |
||
|
|
л . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 [Ц- |
Ло |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
156
Если эмиттерные переходы достаточно резкие, можно записать
соотношение |
(7-65) в виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
'по |
(Ц— 1) V 1—р2 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
4 (2р — I ) 2 |
-It- |
|
|
(7 - 66) |
|||||
|
|
|
|
|
|
Ло |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
На рис. 7-3 приведена зависимость тока переключения симмет |
||||||||||||||||
ричной |
структуры |
от |
коэффициентов переноса р\ построенная |
для |
||||||||||||
/ 2 п о / / 1 о = Ю 3 |
[Л. 7-1]. Из нее вид |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
но, что при р—-Ю,5 ток переклю |
ма |
|
|
|
|
|
||||||||||
чения |
стремится |
|
к |
бесконечности. |
|
|
|
|
|
|||||||
Практически это |
|
означает, что при |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Р ^ 0 , 5 |
симметричная |
|
р-п-р-п- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
структура не-будет переключаться, |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
т. е. не будет иметь участка с от |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
рицательным |
дифференциальным |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
сопротивлением. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
На рис. |
7-4 представлена |
за |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
висимость / о = / ( / ) |
(кривая / ) , по |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
строенная |
для |
|
симметричной |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
р-я-р-я-структуры при |
следующих |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
данных: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
2 0 = 1 , 1 ; / г ю = 1 0 - 7 |
а/см2; |
|
|
|||||||||||||
|
|
Рис. |
7-3. Зависимость тока |
пе |
||||||||||||
Кю—/ю=10~и |
|
|
а)смг. |
|
|
|
||||||||||
Приравнивая в |
|
|
|
нулю |
|
реключения |
от |
симметричной |
||||||||
(7 - 61) |
/о |
|
структуры |
коэффициента |
||||||||||||
и определяя |
из полученного |
урав |
|
переноса р\ |
|
|
|
|
||||||||
нения |
ток, находим, что |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
— |
|
o.2(JirIr |
3 0 — (a10 + |
«20 — |
1 ) X |
± |
|
|
|||||
|
|
1и |
1ц — |
|
|
(a 10 + |
a 20 |
2 |
|
|
|
|||||
+ |
|
|
|
+ |
« 2 0 — O X |
|
2 - |
2aI )20krIr30a, |
|
о^б + а н / б |
|
|||||
|
( a |
l 0 + a 2 0 - |
I ) |
2 |
|
|
J |
(«10 |
+ « 2 0 - |
I ) 2 |
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(7 - 67) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/гзо |
|
|
||
|
"Чо —, vi / |
|
|
|
|
|
' P30 |
|
|
|
||||||
|
> |
"•го |
— |
|
130 |
|
2 / 3 o * |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
' |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
% = aukr/r30-{-a10/6.
Из :(7-67) следует, как это мы уже видели выше, что каждому значению тока управления базы соответствуют два значения тока
|
|
|
|
|
20 hi |
\/ |
|
|
|
Рис. |
7-4. |
Зависимость |
соб |
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||||
ственного |
тока |
коллекторного |
/О |
|
|
|
|||
р-я-перехода от величины тока |
J |
|
|
||||||
р-я-р-я-структуры для симмет |
|
|
I |
||||||
ричного варианта (кривая |
1), |
/ |
|
|
|||||
несимметричного |
варианта |
|
|
|
|||||
/ |
0 |
80 ' |
/1гоХма |
||||||
при токе базы 2 ма/см2 (кри |
|||||||||
вая |
2) и при токе базы |
40 \1 |
|
|
|
||||
2,65 |
ма/см2 (кривая 3). |
|
|
|
|
||||
157
через p-n-p-я-структуру, при которых ток / 0 = 0 и, следовательно, равно нулю напряжение на коллекторном р-и-переходе. А именно, меньшему значению h отвечает прямая инверсия коллекторного на пряжения (прямое смещение меняется при увеличении тока на об ратное), большему значению h отвечает обратная инверсия коллек торного напряжения !(обратное смещение меняется на прямое) и при дальнейшем увеличении тока через структуру коллекторный р-я-пе- реход остается смещенным в прямом направлении. Это положение имеет место, однако, до некоторого критического тока управления базы — тока спрямления, при котором вольт-амперная характеристи ка р-я-р-я-структуры перестает иметь участок отрицательного диф ференциального сопротивления. При этом оба тока инверсии совпа дают по величине. Ток спрямления соответствует, очевидно, обра щению в нуль подкоренного выражения в (7-67). Когда ток базы становится больше тока спрямления, коллекторный р-я-переход при любых токах через структуру остается смещенным в прямом направ лении, при этом токи инверсии теряют смысл [подкоренное выраже ние в (7-67) становится отрицательным]. Таким образом, в случае, когда ток рекомбинации в области пространственного заряда эмит-
терного р-я-перехода /4 |
равен |
нулю, |
ток |
спрямления равен: |
|
||
|
г.ЗО |
(1 — «ю) г |
|
(7-G8) |
|||
' « • с и Р - |
2 / 3 0 |
2(<х1 0 + |
<*г |
1) |
а ю' |
||
|
|||||||
При .больших значениях тока управления базы, запирающего р-я-р-я-структуру, когда аю/б^>агоМг зо, ток обратной инверсии коллекторного напряжения, определяемый (7-67), приобретает про стой вид:
А 1 0 ~Ь |
(7-69) |
а 20 |
В случае симметричной р-я-р-я-структуры токи инверсии опре деляются следующим образом:
/ и = / » 2 = |
4 a ^ r / r |
(J |
20 |
a—0 |
х„ l()22 |
а 0 — 1) |
± |
|
|
|
|
|
— |
|
|
|
4%kr/ri0 |
—• Хс ( 2 я 0 — 1) |
|
||||
+( 2 « „ - 1 ) 2
(7-70)
~ |
|
(2a„ — I ) 2 |
где |
|
|
%с = 2a0krfrl0 + |
2 a 0 / 6 ; |
a 0 = £ / „ , „ / / , „ ; kr = / п о / 2 / , о - |
Из (7-70) находим, |
что ток |
спрямления равен: |
|
|
, |
W |
|
|
г 10 |
|
/ r , 0 c h |
— |
|
(7-71) |
' б . е п р - 4 / 2 |
! |
qPnD ( |
|
w |
|
|
|
2 - c h T
158
|
На рис. 7-4 даны зависимости I 0 |
= f(I) |
те только для симметрич |
|||||||||||||
ной, но также и для несимметричной р-я-р-п-структуры (кривая 2) |
||||||||||||||||
со |
следующими |
параметрами: |
/г зо = 5,3 • 10~7 |
а/см2; / Р з о = 1 , П Х |
||||||||||||
Х Ю - 9 |
а/см2; |
/ м |
о = 1,7- 10~8 |
а/см2; |
/.п ю = 6,7 • 10~1 3 |
а/си2 ; |
Pi=0,75; |
|||||||||
р2 =о,з. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кривая 3 представляет эту же зависимость, но при токе базы, |
|||||||||||||||
равном 2 ма/см2. При токе базы, равном примерно 2,65 ма/см2, |
ха |
|||||||||||||||
рактеристика спрямляется. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
7-4. СТАТИЧЕСКАЯ ВОЛЬТ-АМПЕРНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА |
|
|
||||||||||||||
ОТКРЫТОЙ р-я-р-л-СТРУКТУРЫ ПРИ НИЗКОМ УРОВНЕ |
|
|
||||||||||||||
ИНЖЕКЦИИ В ОБЕИХ БАЗАХ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Задача |
расчета |
вольт-амперной |
|
характеристики |
|||||||||||
р-я-р-я-структуры, находящейся в проводящем |
состоя |
|||||||||||||||
нии была |
впервые сформулирована |
и |
решена в |
[Л. 6-2] |
||||||||||||
при следующих допущениях: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
1. Уровень инжекции в базах считается малым, и па |
|||||||||||||||
дение напряжения на толщах слоев пренебрежимо мало. |
||||||||||||||||
|
2. |
Обратные |
токи |
р-п- |
+ |
и< |
_ |
+ |
|
|
||||||
переходов |
представляют |
со- |
] * |
|
|
|
|
|
||||||||
бой обратные |
токи |
насыще |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ния, |
т. е. |
рассматриваются |
{^| |
|т |
к, |
|
|
|
||||||||
тонкие р-я-переходы. |
|
|
0—4 |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
Поскольку |
|
проводящее + |
|
|
|
|
|
|
|||||||
состояние р-я-р-я-структуры |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
характеризуется |
тем, что |
ее |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
условные |
триоды |
находятся |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
в |
режиме |
насыщения, |
для |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
данного |
анализа |
используем |
ри |
7-5. |
р-я-р-я-структура |
|||||||||||
принцип |
суперпозиции, |
при- |
в фоводящем |
состоянии. |
|
|||||||||||
мененный |
нами для |
исследо |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
вания насыщенного триода в гл. 6. Будем |
анализировать |
|||||||||||||||
модел-ь р-я-р-я-структуры, изображенную на рис. 7-5. То |
||||||||||||||||
ки насыщения каждого р-я-перехода обозначим соответ |
||||||||||||||||
ственно |
/ s i . |
Л И , /«з- При положительных |
значениях |
Ui и U3 |
||||||||||||
нормальные |
коэффициенты |
передачи |
|
записываются |
||||||||||||
в |
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
u i = y i p i ; « 2 = узрЧ
Если напряжение на переходе /г имеет знак, противо положный указанному на рис. 7-5, то этот переход ока зывается смещенным в прямом направлении и инжекти рует неосновные носители в обоих направлениях. Если уг определить как эффективность, с которой переход /г
159