книги из ГПНТБ / Ицхоки Я.С. Импульсные и цифровые устройства [учебник]
.pdfГрафики таких распределений |
показаны |
(в логарифмическом май- |
||||||||
штабе) |
на рис. 16; |
пунктиром |
показано |
распределение |
концентра |
|||||
ций носителей в бездрейфовом |
транзисторе. |
|
|
|
|
|||||
5. |
Электрическое поле в базе. При неравномерном |
распреде |
||||||||
лении |
примеси в базе возникает |
электрическое поле, |
направленное |
|||||||
в л-базе от эмнттерного перехода |
к коллекторному. |
Напряженность |
||||||||
этого |
поля |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Фг 4>т |
Х д , ( Ф г й |
0,026 В). |
|
|
(8.37) |
|||
|
|
— |
|
|
|
|||||
У |
бездрейфового транзистора y.N = |
0 |
и £ р = |
0. |
|
|
но |
|||
6. |
Граничные |
неравновесные концентрации |
неосновных |
|||||||
сителей. При приложении к переходу внешнего напряжения |
воз |
|||||||||
никает |
либо инжекция в базу |
неосновных |
носителей |
через переход |
||||||
(при прямом его смещении), либо экстракция неосновных |
носителей |
|||||||||
. t
7-.tOs
. "un
to'" to'3
i i |
to" |
|
JOh
Рис 16.
из базы в переход (при обрат ном его смещении). В обоих случаях концентрации неос новных носителей (дырок в n-базе) у эмнттерного (х — 0) и коллекторного (x=w) пе реходов зависят от приложен ных к этим переходам напря жений:
P f i ( 0 ) = P ( 5 0 ( 0 ) е " « - б / Ф Г ;
(8.38)
эти формулы справедливы для дрейфовых и бездрейфовых транзи
сторов как в стационарных, так и переходных режимах.
7. Распределение концентрации неосновных носителей при стационарном активном режиме транзистора. При нормальном
смещении |
переходов транзистора (ив.б |
= |
—Uß > 0, |
< 0) |
||
имеет место |
инжекция |
дырок в л-базу через |
эмиттерный |
переход |
||
и их экстракция |
в коллекторный переход. В результате этого в ба |
|||||
зе устанавливается неравновесная концентрация дырок |
рц (х), и |
|||||
вдоль базы, |
в направлении к коллектору, |
протекает ток і — і {х)\ |
||||
приближенно можно полагать, что этот ток в основном |
является |
|||||
д ы р о ч н ы м . |
Дырочный ток содержит |
в общем случае |
и диффу |
|||
зионную, и |
дрейфовую |
составляющие: |
|
|
|
|
|
Р ди ф (*) = |
—qSD |
|
іп п п (x) = |
q S |
PAX)E0 |
, (8.39) |
|||
|
Р dx |
P ДР w |
|
ч е |
Фг |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
где |
Dp — коэффициент |
диффузии дырок в базе. В |
неоднородной |
|||||||
базе |
Dp— Dp (*)• и |
3 3 |
значением D , , = const |
принимают |
усред |
|||||
ненную по всем |
сечениям величину Dp |
(х). |
pg (х) |
находятся из |
||||||
|
Г р а н и ч н ы е |
значения концентрации |
||||||||
формул (38), после чего из решения уравнения непрерывности на ходится сама функция рд {х) [98—99]. При стационарном активном
170
режиме работы и пренебрежимо малом токе базы (ввиду чего при любом X ток I (л), s ір (х) s / к = / э = const) относительная ве
личина концентрации дырок в базе выражается функцией [108]
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 - е |
-xN |
(1— x/w) |
= |
Ф |
|
— |
|
, Хд, |
(8.40) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
бездр |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
И) |
|
" |
|
||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(8.40а) |
|
— граничная |
|
концентрация |
дырок |
в базе |
|
б е з д р е й ф о в о г о |
||||||||||||||||
транизстора, |
выражаемая |
функцией |
рб (х) при х = 0 |
и y,N |
= 0. |
|||||||||||||||||
Графики функции (40) изо- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
бражены |
на рис. 17. В |
точке |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
x/w = |
1 |
|
эта функция |
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
нулю при любом |
значении |
KN; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
согласно |
формуле |
(38), |
это |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
обусловлено |
экстракцией ды |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
рок при —и'к.б |
> ф т , |
ввиду |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
чего рб M = |
0*>. |
Верхний из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
графиков |
(рис. 17) |
относится |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
к бездрейфовому |
|
транзистору. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
В этом случае Ер = 0, и сог |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
ласно |
формулам (39) ток в лю |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
бом сечении базы |
|
является чи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
сто диффузионным |
(он пропор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
ционален |
градиенту |
| dp6 . dx ) . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Так |
как |
при |
/ б = . 0 |
ток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ір (х) = |
const, |
|
то |
|
рассматри |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ваемый |
график — прямая. Ос |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
тальные |
графики |
|
относятся к |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
дрейфовым |
транзисторам. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Чем больше величина y.N, |
тем в большей части базы концентра |
|||||||||||||||||||||
ция рб Xх) почти |
неизменна и соответственно |
dp^/dx ^ |
0. Поэтому |
|||||||||||||||||||
согласно |
|
формулам |
(39), |
в |
этой |
части |
базы |
|
ір |
Д И ф (*) s |
0, а |
|||||||||||
«р др-С*) = |
/ к = |
const. При этом, |
так как согласно |
|
формуле |
(37) |
||||||||||||||||
с увеличением |
|
xN |
|
возрастает |
£ р , то в соответствии |
|
со второй фор |
|||||||||||||||
мулой |
(39) |
уменьшается |
концентрация рб (х). Однако |
при любом |
||||||||||||||||||
значении х / Ѵ |
с возрастанием |
координаты x/w (рис. 17) постепенно |
||||||||||||||||||||
уменьшается |
концентрация |
рь(х), |
а величина |
| dp^/dx \ возрастает. |
||||||||||||||||||
В соответствии с этим постепенно уменьшается дрейфовая состав ляющая дырочного тока и возрастает его диффузионная составляю щая, но их сумма в любом сечении базы при принятом условии по
стоянна. |
У коллекторного |
перехода концентрация рб (w) = 0 и |
||
ток /р (w) |
при любом кfj является чисто диффузионным. |
Поэтому |
||
у коллекторного |
перехода |
величина dp^/dx не зависит от xN.~ |
||
8. Временем |
пролета т т |
называется среднее время, |
в течение |
|
*> При выводе функции (40) принималось pg (w) = 0
171
которого неосновные носители проходят через базу. В бездренфо-
вом транзисторе время пролета |
равно |
времена |
диффузии |
|
2DZ |
|
(8.41) |
|
|
|
|
В дрейфовом транзисторе |
время |
пролета |
т т меньше т 0 ; их |
отношение является функцией параметра KN [98—100, 108]:
iL |
|
|
|
0,8 |
X |
- |
w |
0,6 |
|
|
|
0,4 |
|
|
|
0,2 |
|
|
|
О |
2 4 6 |
в |
£ |
•1 + e
(8.42)
График функции (42) изображен на рис. 18. Время пролета связано с при водимым в справочнике [102] значением
п р е д е л ь н о й ч а с т о т ы fT про
стым соотношением
1
(8.43)
2л/т
9. Условие входа транзистора в на сыщение. Рассмотрим карімну распре деления концентрации дырок ръ (х) в
л-базе транзистора ключевой схемы при заданных значениях Ек и RK (см. рис. 5), но различных значениях тока базы /g (рис. 19, а, 6). Мелким пунктиром на рис. 19 изображены кривые распределения
п-база
БезВрейфовыи. |
Дрейфовый |
|
б) |
Рис. |
19. |
р а в н о в е с н о й .концентрации |
pg 0 (х) (для возможности раз |
личения ординаты этих кривых показаны в преувеличенном виде). Остальные кривые относятся к различным значениям тока базы.
Крупным |
пунктиром показаны кривые, соответствующие току ба |
||
зы |
/g = |
/бп. П Р И котором транзистор в х о д и т в |
насыщение. |
При |
построении кривых не пренебрежено током базы |
и в соответ- |
|
172
ствии |
с формулой (38) принято, |
что при и'к_б < |
0 концентрация |
|||||||||
, Р б М |
У коллекторного |
перехода |
хотя |
и очень |
мала, |
но |
все же |
|||||
отлична от |
нуля. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Пока |
/g < |
'би с |
увеличением |
тока |
базы растет ток |
коллек |
||||||
тора / к s |
ß / б |
и происходят описываемые ниже |
изменения: |
|||||||||
а) Почти пропорционально току базы возрастает концентрация |
||||||||||||
Рб (0) |
у |
эмиттерного |
перехода |
При этом согласно формуле (38) |
||||||||
повышается |
напряжение |
U's_6 = |
— и'б.э |
на эмиттерном |
переходе. |
|||||||
б) |
При любом фиксированном значении х почти пропорциональ |
|||||||||||
но току базы повышается |
градиент \dp^ldx\. Это особенно |
отчетли |
||||||||||
во проявляется в бездрейфовом транзисторе (рис. 19, а), у которого
дырочный ток ір (х), текущий |
вдоль |
базы к коллектору, |
является |
||||||
чисто диффузионным, ввиду чего он пропорционален |
градиенту |
||||||||
\dpeldx\. При фиксированном |
же токе базы І^— const |
этот гра |
|||||||
диент |
несколько |
повышается |
с уменьшением х\ |
это обусловлено |
|||||
нарастанием |
тока |
ір (х) от значения |
ір |
(w) = |
/ к |
до |
значения |
||
'р (0) = |
Л ( + |
= |
7Э; по этой |
причине |
кривые |
рь(х) |
оказыва |
||
ются |
несколько |
вогнутыми. |
|
|
|
|
|
|
|
в) При любом токе /б "> 0 напряжение U6 э < 0; также и напряжение UK = UK_9= — ЕК + /К RK < 0 (рис.5). Поэтому соглас но равенствам (33а) можно записать (см. рис. 14).
" к б ^ - ( | " к . . | - К - 8 | ) - |
(8.44) |
|
С ростом тока / к s |
B/Q напряжение | UK_ э | уменьшается, |
а напря |
жение I и'6_э \ растет |
Но пока | UK,S \ > | ІІб_э \ напряжение UK_0 < |
|
< 0, и на коллекторном переходе действует обратное смещение, абсолютная величина которого уменьшается с ростом тока базы. Поэтому согласно формуле (38) концентрация рб (ш ) У коллек
торного |
перехода |
повышается; |
правда, |
при |
£ / к . б |
< |
0 |
это |
повы |
||||||||||
шение |
микроскопически мало. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
10. С ростом тока базы описанные выше изменения |
нарастают. |
||||||||||||||||||
Но свойственный |
активному |
режиму |
характер |
процессов |
|
не меняется |
|||||||||||||
до тех пор, пока смещение |
коллекторного |
|
перехода |
не станет |
равно |
||||||||||||||
нулю, что и является физическим |
условием |
входа транзистора |
в на |
||||||||||||||||
сыщение. |
В |
соответствии |
с |
равенствами |
(44) |
при |
|
в х о д е |
тран |
||||||||||
зистора |
в |
насыщение |
выполняются |
равенства: |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
^ б |
= |
^к-бн = |
0; |
и1э |
= иб_эа = и к в |
; |
|
|
(8.45) |
|||||||
при этом |
согласно |
формуле |
(38) pg (ш) = |
рб0 . |
|
|
|
|
|
||||||||||
П. |
Пусть после |
входа транзистора |
в насыщение ток базы воз |
||||||||||||||||
растает. Это возможно |
при увеличении |
напряжения |
на эмиттерном |
||||||||||||||||
переходе |
(1/э _б > |
|
\UVB\), |
|
с |
чем |
связано |
дальнейшее |
|
повышение |
|||||||||
концентрации рб (0). Так как в |
режиме насыщения |
коллекторное |
|||||||||||||||||
напряжение ІІт |
= |
const, |
то согласно |
равенству (44) |
напряжение |
||||||||||||||
на коллекторном переходе должно стать положительным, т. е. образуется прямое смещение перехода. Согласно же формуле (38)
при ик_б > |
0 концентрация рб (w) быстро повышается с ростом |
напряжения |
из переходе В результате кривая рб (х) располагается |
173
тем выше над пунктирной кривой, соответствующей входу транзи
стора |
в насыщение (рис. 19), чем сильнее выполняется неравенство |
/б > ^бн- |
|
Хотя после входа транзистора в насыщение коллекторный пе |
|
реход |
смещен в прямом направлении, но это не препятствует про |
теканию тока коллектора (он лишь не может нарастать с ростом
тока базы |
из-за ограничения тока IK=IKN^EK/RK |
сопротив |
|
лением ЯК). |
Это объясняется тем, что напряжение і / к б |
> |
0 всег |
да меньше контактной разности потенциалов на переходе. |
Поэтому |
||
электрическое поле в переходе, ослабляясь с ростом UK |
б , |
не ме |
|
няет своего направления и остается отсасывающим для попадаю
щих |
в переход дырок. |
|
|
|
|
|
После входа в насыщение бездрейфового |
транзистора (рис. 19,а) |
|||
градиент | dpç/dx |
\ в сечении |
х = w |
практически не меняется, |
||
что |
соответствует |
постоянству |
тока |
/,( = |
В остальных сече |
ниях базы этот градиент нз-за влияния тока базы возрастает тем
значительнее, |
чем сильнее выполняется |
неравенство |
/g > /g,, |
||
В дрейфовом транзисторе (рис. 19, б) характер |
кривых р б (х) с ро' |
||||
стом тока /д > |
/бн более сложен. Здесь постоянство тока |
/,, = |
/ к н |
||
связано с такими особенностями кривых |
рб (х): в сечении х = |
w |
|||
до входа транзистора в насыщение дырочный |
ток і р (ш) |
является |
|||
чисто диффузионным; после же входа в насыщение, из-за появле
ния |
дрейфовой |
составляющей тока значительной величины (так |
||
как |
рб (в>) 3> Рбо). вначале |
с ростом |
тока базы уменьшается |
|
диффузионная |
составляющая |
тока ip(w), |
а затем она становится |
|
отрицательной |
(производная |
dp^ldx меняет знак); в сечении х = О, |
||
где преобладает дрейфовая составляющая дырочного тока, те же особенности проявляются слабее. В результате концентрация
дырок у эмиттерного |
перехода оказывается при І§ > / б и меньше |
концентрации дырок |
у коллекторного перехода. |
Б.СВЯЗЬ СТАЦИОНАРНЫХ ТОКОВ ТРАНЗИСТОРА
СЗАРЯДОМ БАЗЫ
Установление связи токов транзистора с зарядом н е о с н о в
н ы х |
носителей базы |
важно |
для анализа |
переходных |
процессов |
||
в транзисторе методом |
заряда |
базы. Но раньше полезно |
установить |
||||
таковую связь |
в стационарных режимах |
работы. |
|
||||
12. |
Связь |
стационарного |
тока |
коллектора в активном режиме |
|||
с зарядом базы. Для |
установления |
такой |
связи найдем |
заряд Qp |
|||
дырок в базе. Рассмотрим элементарный объем базы Sdx. Заклю ченный в этом объеме заряд дырок dQp qep^ (x)Sdx. Отсюда
w
|
Qp = qeS^P6(x)dx, |
(8.46) |
|
о |
|
т. е. заряд |
дырок в базе пропорционален площади, |
ограниченной |
кривой рб (х) и осью абсцисс (рис. 19) на интервале (0, w). |
||
Точное |
выражение функции рд (я) является сложным. Так как |
|
в активном |
режиме ток базы /g < / к , то можно подставить в фор- |
|
174
мулу (46) приближенное выражение (40) для функций р§ (1с). Ин
тегрируя, найдем
где принято во внимание, что KN = w/LN. Сопоставляя результат интегрирования с выражением (42), запишем
!kLN |
KNXt |
' в ^ |
т т |
Dp |
2xD |
2Dp |
xL |
Подставляя сюда выражение |
xD |
из формулы |
(41), получаем |
|
|
|
|
|
|
|
QP = |
/ K T t . |
|
|
|
|
|
(8.47) |
|||
|
Соотношение |
(47) |
справедливо |
для |
дрейфового |
и |
бездрейфо |
||||||||||
вого |
тр анзистора |
(в последнем |
случае т т |
= xD), |
но |
только |
при |
||||||||||
активном |
режиме |
работы. |
Действительно, |
из рассмотрения |
кри |
||||||||||||
вых |
ре (•*) |
(Р и с - |
'9) видно, |
что |
с |
увеличением |
тока |
базы |
при |
||||||||
'б > |
^бп площадь, |
ограниченная |
кривой |
|
ро(х), |
возрастает; |
сле |
||||||||||
довательно, |
возрастает |
и заряд |
Qp. |
Ток же коллектора |
/ к |
= |
/ к в |
||||||||||
остается |
|
неизменным. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
13. |
Связь стационарного |
тока |
базы |
с |
зарядом |
базы. |
Как из |
|||||||||
вестно, |
в |
изолированном |
полупроводнике |
скорость |
уменьшения |
||||||||||||
избыточной концентрации носителей, обусловленная их рекомби нацией, пропорциональна избыточной концентрации неосновных носителей (дырок) и обратно пропорциональна времени их жизни (тр). т. е.
|
dp |
^ |
р — рв |
dn |
^р |
— ра |
|
|
dl |
~~ |
Хр |
' dt |
~ |
хр |
{ а ) |
В |
базе транзистора |
непрерывно |
протекает -процесс |
рекомби |
|||
нации, |
подчиняющийся в общем законам (а). Но база— не изолиро |
||||||
ванный |
полупроводник, |
и в |
стационарном режиме несмотря на |
||||
рекомбинацию концентрация носителей остается неизменной. Это
получается |
благодаря |
замещению |
рекомбинированных |
носителей |
|||
таким же количеством |
носителей, |
поступающих |
в базу: дырки по |
||||
ступают из эмиттера в количестве, |
превышающем их уход в кол |
||||||
лектор (Ія |
> / к ) ; электроны же доставляются током базы |
в коли |
|||||
честве, равном их убыли из-за рекомбинации*'. |
Исчезновение из" |
||||||
базы рекомбинируемых |
электронов |
можно представить в виде |
экви |
||||
валентного |
тока рекомбинации |
/ р е к . который по величине |
равен |
||||
току базы, |
но втекает |
в базу. |
Принимая это во внимание, |
пред |
|||
ставим уравнение, (а) в виде |
|
|
Яе ., = Яе |
' |
(8.48) |
at |
Тп |
|
*> Электроны поступают и уходят из базы также через перехо ды транзистора. Ввиду малости (сравнительно с током базы) элект ронных токов через переходы их влиянием обычно пренебрегают.
175
где дЛя различения производная dnldl заменена на dnpeK/dt, |
ибо |
|
она не выражает |
скорость изменения к о н ц е н т р а ц и и |
элект |
ронов в базе (в |
стационарном режиме я = «б = const). |
Левая |
часть уравнения (48) выражает скорость исчезновения заряда рекомбинируемых электронов в единице объема базы, т. е. объемную
плотность тока рекомбинации |
/ р е к . Имея это в виду, умножим обе |
||||
части |
уравнения на Sdx и проинтегрируем: |
|
|
||
|
s \ /рек<**= |
— |
p6dx- |
dx |
|
|
О |
И |
|
|
|
При |
интегрировании |
учтено, |
что под временем |
жизни |
т р = const |
(в неоднородной базе |
оно в разных сечениях |
различно) |
понимают |
||
среднее по толщине базы (эффективное) значение, находимое опыт ным путем.
В уравнении (*) /peK Sd.v: — ток рекомбинации, соответствую
щий элементарному объему Sdx; поэтому первый интеграл выражает ток / р е к . Согласно формуле (46) выражение в квадратных скобках уравнения (*) представляет разность неравновесного и равновес
ного |
зарядов |
дырок в базе. Таким образом, |
получаем |
||
|
|
|
|
|
(8.49) |
где |
принято, |
что ввиду pQ 0 < pG также |
и QpQ |
< |
Qp. |
|
Полагая |
/б = /рек. запишем |
|
|
|
|
|
Q p S / б Ѵ |
|
|
(8.50) |
Это |
важное |
соотношение справедливо |
в любом |
стационарном ре |
|
жиме — активном и режиме насыщения. |
Но время жизни несколь |
||||
ко меняется с изменением тока базы [98, 10б|. Основное значение
имеет |
различие |
величины |
хѵ в активном режиме |
и режиме |
пасы» |
|||||
щения. При этом у сплавных транзисторов эффективное |
время |
|||||||||
жизни |
в насыщенной базе обычно уменьшается |
(иногда примерно |
||||||||
в два |
раза), а у дрейфовых транзисторов, |
наоборот, оно |
возра |
|||||||
стает (иногда в несколько раз). При технических |
расчетах |
удобно |
||||||||
оперировать с двумя |
с р е д н и м и |
значениями |
времени |
жизни: |
||||||
|
|
Т р « |
[%а — в активном режиме, |
|
|
|||||
|
|
ß |
|
|
|
(8.5!) |
|
|||
|
|
|
|
( т : і — в режиме |
насыщения. |
|
|
|||
Время |
жизни т н |
называют |
временем |
накопления |
носителей |
в базе. |
||||
Сопоставляя |
равенства |
(47) и"(50) |
и учитывая, что в активном |
|||||||
режиме / в s; Bio, |
получим |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
t ß s ß T T . |
|
|
(8.52) |
|
|
В |
дальнейшем |
нам понадобится |
значение заряда базы |
Qp |
= |
|||||
= Qi7> при котором транзистор в х о д и т в |
насыщение (/Q = / Б И |
) . |
||||||||
Полагая в этом случае в формуле (50) т р = |
Тр, запишем |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
Q j s / 6 l I t p . |
|
(8.53) |
|
||
176
В КАЧЕСТВЕННАЯ КАРТИНА ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ В ТК
14. Инерционность ТК (в схеме с общим эмиттером) обусловлена в основном действием барьерных емкостей пе реходов и процессами накопления и рассасывания неоснов ных носителей в базе транзистора (в дрейфовом транзисто ре—-также и в области коллектора, прилегающей к базе).
15. Переходный процесс при отпирании транзистора. Не учитывая пока влияния барьерных емкостей, рассмот-
а)
IS То
|
-> |
Г |
/ ! |
t |
|
ha |
|||
в) |
\ |
|||
|
|
K l |
||
|
|
/ |
1 |
t |
|
|
|
||
|
|
|
Рис. 20. |
Рис. 21. |
рим характер переходного процесса, возникающего при пе репаде в момент t = 0 тока базы (рис. 20, а, б) от значения
/в = — / к 0 до значения |
l t > Ып- Такой режим работы со |
||
здается при |
Ку > Rtx |
и перепаде |
управляющей э. д. с. |
от значения £ у ~ > 0 До£у" = — i t R t - |
Д л я конкретности бу |
||
дем иметь в виду бездрейфовый транзистор. |
|||
При / < 0 |
характер распределения концентрации дырок |
||
в базе отображен на рис. 21, а (в сильно растянутом масшта
бе) самой нижней кривой. Здесь в сечении х = 0 dpo/dx ^ |
0 |
||||||||
(так |
как іэ |
= |
0) |
и р б = |
Рбо (так как |
и3.б |
= 0); |
в сечении |
|
X =w |
арв/ахфО |
|
(так |
как і к = / к 0 ) |
и |
Рб = 0 |
(так как |
||
« к - б s —Ек |
и Ек |
> фГ ). |
|
|
|
|
|||
При С>0 в базу поступают электроны; они частично ре- |
|||||||||
комбинируют, |
а частично увеличивают отрицательный |
за- |
|||||||
177
ряд базы, нарушая ее нейтральность. Это обусловливает возникновение электрического поля, направленного в сто рону появившегося в базе отрицательного заряда. Поле, воздействуя на эмиттерный переход, вызывает инжекцию дырок в базу, нейтрализующих отрицательный заряд базы**. Процесс нейтрализации базы протекает чрезвычайно быст ро — практически мгновенно, и можно полагать, что в лю бой момент времени приращение заряда электронов в базе равно приращению заряда дырок**).
Инжектированные дырки диффундируют в глубь базы,
и через весьма малое время |
Т0 (в бездрейфовом |
транзисторе |
||||||||||
Т0 s= то/б [101, 108]) начинает заметно |
повышаться |
гра |
||||||||||
диент |
\dp^ldx |
I также и у коллекторного перехода (рис. 21, а) |
||||||||||
С этого |
времени практически начинают нарастать |
токи |
і к |
|||||||||
и /э = |
/„ + it |
(в момент t = 0 ток эмиттера |
i3 |
=lt |
замы |
|||||||
кался через цепь базы). |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
С течением времени заряд дырок в базе |
растет; кривые |
|||||||||||
распределения |
концентрации дырок,в базе в некоторые мо |
|||||||||||
менты времени показаны на рис. 21, б (в более сжатом мас |
||||||||||||
штабе). Как видно, с течением времени градиенты |
| dp^ldx \ |
|||||||||||
у обоих переходов повышаются; соответственно нарастают |
||||||||||||
токи коллектора (см рис. 20, в) и эмиттера. В некоторый мо |
||||||||||||
мент Та ток коллектора достигает значения |
/ к |
н = |
|
EK/RK. |
||||||||
Соответствующая этому моменту кривая ро(х) показана на |
||||||||||||
рис. 21, б крупным пунктиром. При / > 7 Ѵ транзистор на |
||||||||||||
ходится в насыщенном состоянии (/„ |
= I к в |
= const) и гра |
||||||||||
диент |
I dp5/dx |
I в сечении х = ш н е меняется. Но заряд дырок |
||||||||||
продолжает нарастать, и кривые Ра(х) сдвигаются в указан |
||||||||||||
ном на рис. 21, б направлении, стремясь (строго говоря, при |
||||||||||||
t = оо) |
к положению, соответствующему |
стационарному |
||||||||||
режиму. Этот режим определяется током базы |
lt. |
|
|
|
||||||||
При достижений стационарного состояния заряд дырок |
||||||||||||
(а также заряд электронов) возрастает на величину AQp |
= |
|||||||||||
= Qp — Qpo = QP |
= Ifap |
[см. формулу (50)]. При отсутст |
||||||||||
вии |
рекомбинации |
длительность |
переходного |
процесса |
||||||||
*> Это поле действует и на коллекторный переход, но оно лишь |
||||||||||||
повышает |
его обратное смещающее напряжение. |
|
|
|
|
|
||||||
**> При описании |
процесса нейтрализации |
базы |
принято, |
что |
||||||||
причиной инжекции дырок является приток в базу электронов, |
||||||||||||
доставляемых т о к о м |
базы. В других случаях в качестве причины |
|||||||||||
инжекции дырок принимают н а п р я ж е н и е , |
подаваемое |
на пе |
||||||||||
реход, |
а появление т о к а базы рассматривают |
как следствие. Од |
||||||||||
нако при принятом рассмотрении процессов невозможно |
различить |
|||||||||||
и отделить причину от следствия. |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
178
была бы равна Qp/lt = т р ; в действительности же она будет несколько больше.
16. Связь между зарядом базы и током коллектора в пе
реходном режиме. До входа транзистора в насыщение каж дая из кривых pô(x) (рис. 21, б) соответствует некоторому то ку tK (0 < 'um определяемому градиентом | dpo/dx | в сече нии X —W. Сравним эти кривые с кривыми рв(х) стационар ного режима (см. рис. 19, а) таким образом, чтобы сравни ваемые кривые относились к одному и тому же току коллек
тора [і к (0 = Iк = ВІ5]. При |
этом будем |
интересоваться |
не тонкой структурой кривых, |
а величиной |
интеграла (46), |
•определяющего заряд базы. Сравниваемые кривые разли чаются по двум причинам.
Во-первых, из-за длительности пролета т т в переходном процессе изменения концентрации носителей у коллектор ного перехода отстают от таковых изменений у эмиттернопг перехода. Но т т <^ т р . Поэтому обусловленное этой причи ной различие зарядов базы в стационарном и переходном
режимах весьма |
мало. |
|
|
|
|
|
|
Во-вторых, кривая. р5(х) стационарного режима, отно |
|||||||
сящаяся к току |
/ к = |
Bf б < |
^кн. соответствует |
току базы |
|||
< |
-^бн и току |
эмиттера |
/ э |
= / в + h < |
/ к + |
/бнАна |
|
логичная кривая переходного |
процесса, относящаяся к то |
||||||
ку ік(і) = / к , соответствует току базы lt> |
^бн и току эмит |
||||||
тера |
«э = Iк + |
^б" > |
/к + |
/бнПоэтому |
градиенты кон |
||
центраций сравниваемых кривых у коллекторного перехода одинаковы, а у эмиттерного — различны. Однако, если вследствие неравенства^ > 1 ток базы It «С iK(t) (что в пе реходном режиме справедливо при не очень малой величине І„), то можно принять, что при одинаковых токах коллекто ра iK(t) =ІК соответствующие им заряды в базе прибли зительно одинаковы, т. е. Qp(t) = Qp. Такое приближение,
;применяемое при технических расчетах, существенно их
упрощает; |
оно |
позволяет распространить |
простое |
соотно |
||
шение (47) |
и на |
переходный |
режим |
работы: |
|
|
|
|
Qp(t)^iK(t)TT |
(і к < / „ „ ) . |
|
(8.54) |
|
Это соотношение справедливо и для дрейфовых транзисторов.
17. Переходный процесс |
при запирании транзистора. |
||
Пусть при / < |
0 бездрейфовый транзисторе |
ключевой схе |
|
мы находился |
в стационарном |
насыщенном |
состоянии, ха |
растеризуемом токами / к н wit |
> ^бн (рис. 22, а, б). Соот |
||
ветствующее |
распределение концентрации |
дырок в базе |
|
179