книги из ГПНТБ / Маркова В.Н. Малютки ПТ

Здесь А — постоянный коэффициент; S n—пло­ щадь перехода, S n— hd, где h — высота кри­ сталла; d — протяженность перехода.

Чем выше средняя скорость диффузии ды­ рок при данной температуре и, следовательно, выше статистическая величина Dб, тем скорее все дырки, избежавшие рекомбинации, достиг­ нув коллектора, вольются в коллекторный ток, тем круче передний фронт выходного импуль­ са. Чем меньше скорость дырок, тем дольше движутся они в базе, тем положе передний фронт выходного импульса. Время прохожде­ ния неосновных носителей (время пролета ?пр) от эмиттера к коллектору обратно пропор­ ционально ширине базы. Если время пролета ненамного меньше длительности импульсов и интервалов между ними, то часть инжектиро­ ванных дырок не будет достигать коллектор­ ного перехода.

В момент, соответствующий окончанию сиг­ нала на входе, основная часть дырок будет в пути и амплитуда тока на коллекторе не до­ стигнет значения аоА/э. Между тем, при U3—О прекратится движение носителей к коллекто­ ру. Значительная часть носителей будет ре­ комбинировать, а коллекторный* ток начнет уменьшаться; при этом будет формироваться задний фронт выходного импульса. Таким об­ разом, передний и задний фронты перекроются, импульс по амплитуде уменьшится, в свя­ зи с чем ухудшатся усилительные свойства ПТ. Уменьшение импульса по амплитуде с ро­ стом f вызывает на высоких частотах резкое снижение коэффициента ос.

31

Модуль а в уравнении (6) показывает, что описанная зависимость относится только к аб­ солютной величине коэффициента передачи. Отставание тока коллектора от тока эмиттера за счет конечного времени пролета означает сдвиг токов по фазе. Очевидно, среднее стати­ стическое время пролета определяет предель­ ную частоту fa. Формула (7) выведена с уче­ том только эффективности переноса носите­

лей; величина ле2 = tnp.

ZU б

Поиски путей повышения предельной ча­ стоты усиления привели к созданию дрейфово­ го триода. В дрейфовом ПТ постепенное изме­ нение концентрации примеси от эмиттера к коллектору, т. е. перепад концентраций носи­ телей, приводит к возникновению в базе сла­ бого электрического поля Ет. Неосновные но­ сители не только не диффундируют, но и дрей­ фуют в поле базы. Средняя скорость дрейфа определяется выражением і>др=р,р.ЕэК, а ско­

мерного случая). Сравнение этих скоростей показывает, что равенство г>др= о ДИф наступа­ ет тогда, когда £ Эк=100 в/см. Теоретически значение Um= E BKw в германии может дости­ гать 0,36, а в кремнии 0,66 в. Если w а* 1 мкм (обычно для дрейфовых ПТ), то для германия максимальное значение Еэк^ЗбОО в/см, а для кремния ^ = 6 6 0 0 в/см. Такие большие поля были бы ненамного меньше полей перехода. Это в принципе изменило бы работу транзи­ сторов. В реальных ПТ хотя Евк составляет

32

где Ск — емкость коллектора, пф.

Наибольшее влияние на частотные свойст­ ва транзисторов оказывает зарядная емкость Лоллектора С кзар (обычно С к.зар — 10 пф). Иногда влияние этой емкости сказывается на частотах порядка 1 Мгц. Для ее уменьшения сокращают площадь коллекторного перехода SK. Наименьшая емкость получена у поверх­ ностно-барьерных, микросплавных транзисто­ ров и в новейших конструкциях дрейфовых триодов.

Для хорошей работы транзистора на вы­ соких частотах показательна его максималь­ ная частота генерации /макс, определяемая как частота, при которой усиление по мощности становится равным единице. Это наиболее удачная характеристика, содержащая все ос­ новные параметры транзистора, так как во всех схемах важна мощность выходного сиг­ нала.

В схеме с общим эмиттером

где /а — предельная частота усиления, Мгц. Выражение под корнем называется фактором качества М. Оно довольно полно характери­ зует усилительные свойства транзистора и мо­ жет быть представлено в другой форме:

к ,м а к с

* WK

34

где Uк.макс — максимально допустимое напря­ жение на коллекторе, при котором не наступа­ ет пробой; N — концентрация примесей в базе.

В табл. 2 приведены значения /макс, полу­ ченные на практике для различных типов тран­ зисторов. Эти данные неполные, так как для многих вновь появившихся приборов значения /макс еще не установлены.

Для предельных частот триода справедли-

циент т е х 2 при резком переходе и и ^ 0 , 8 при плавном, Для В иногда вводят другое

понятие граничной частоты — произведение усиления на полосу частот ft, где ft — частота, при которой В = 1.

Р а б о т а т р и о д а в к л ю ч е в о м ре ­ жи м е . Если в базу ввести такое количество дырок, что после полной компенсации отрица­ тельной половины объемного заряда коллек­ торного перехода они останутся в избытке, то отрицательный потенциал перехода может упасть до нуля и даже стать положительным, т. е. коллектор откроется. Прямой ток ограни­ чивается внешним сопротивлением RB&r- Уве­ личение количества дырок не будет увеличи­ вать ток коллектора, поэтому неуправляемый ток называется током насыщения:

где Uбат — напряжение питания коллектора. Явление отпирания коллектора с перехо­

дом в режим насыщения используется в клю­ чевых схемах — схемах с общим эмиттером и отпирающим током /б. Ключевыми параметра­ ми, кроме / к.нас и /"нао, являются время вклю­ чения и выключения, а также ß Hас — коэффи­ циент передачи тока в режиме насыщения. Для работы импульсных ПТ важно, чтобы за­ ряды рассасывались мгновенно после выклю­ чения. Так как это связано с малым Тб, т. е. высокой концентрацией рекомбинационных центров, прибор мало пригоден для работы на низких уровнях сигналов.

Пусть в некоторый момент на эмиттер, на­ ходящийся под потенциалом, равным нулю

36

или даже немного отрицательным (область отсечек), приходит положительный импульс. Тогда количество дырок в базе Рб начинает увеличиваться. Пока концентрация дырок не будет равна концентрации основных носителей в базе, добавочный ток в коллекторе очень мал, так как почти все инжектированные дыр­ ки — носители рекомбинируют. Избыток ды­ рок приводит к возрастанию тока. Когда же /б достигнет конечного значения, потенциал коллектора станет положительным, хотя по­ тенциал, создаваемый на переходе внешней батареей, останется отрицательным относи­ тельно эмиттера. Потребуется некоторое вре­ мя, чтобы коллекторный ток возрос до макси­ мального значения. Чем больше будет сопро­ тивление нагрузки, тем быстрее /к достигнет значения / КіНас и тем меньше будет величина выходного импульса.

Если принять, что ток базы устанавлива­ ется мгновенно, то время формирования пе­ реднего фронта импульса ti можно найти по формулам малосигнальной теории. Для этого

__(_

/к = В0Ібі (1 — е т),

где г — эффективное время жизни неосновных носителей в базе; Ва— низкочастотный коэф­ фициент передачи тока в схеме с общим эмит­ тером.

37

При больших значениях /і подавать им­ пульсы высокой частоты невозможно. Узкий импульс, уменьшаясь по амплитуде, из П-об­ разного может стать Л-образным.

Время t3 зависит от внутренних параметров триода:

ta an XIn — So

а время нарастания определяется выбранным режимом

или

tn = T In;

где a = - — - — коэффициент форсировки.

*к.нас

При заданном значении / к.нас желательно, что­ бы /бі было больше, так как в этом случае

/н->0.

Опытным путем установлено, что с ростом коэффициента а до 3-г4 существенно умень­ шается ta. Поэтому выбирают

'б, (3-5-4)-

Увеличение тока базы, однако, имеет и от­ рицательную сторону. Оно способствует на­ коплению большого количества неосновных носителей в базе за промежуток времени —

38

—tu где tB—длительность импульса до запира­ ния эмиттера. За время іи—h = (34-4) х про­ цесс накопления заканчивается. После запира­ ния эмиттера в течение времени рассасывания

Рис. 9. Импульсные парамет­ ры:

а — импульс, поданный на вход триода; б импульс на выходе триода.

концентрация носителей рб снижается до равновесного значения и /к.нас остается неиз­ менным. Когда коллектор выходит из области насыщения, задний фронт начинает формиро­ ваться в активной области (рис. 9), где /« за­ висит от /б.

39

Время рассасывания равно времени вос­ становления обратного сопротивления коллек­ тора, так как в активной области коллектор уже заперт. Если рассматривать цепь коллек­

спада) будет зави­

сеть ОТ /к.нас И Т. Нами не рассмотрены влияние экстремаль­

ных токов на процесс прохождения зарядов в базе и зависимость т от /б, весьма существен­ ные на высоких уровнях инжекции. Однако даже в практических расчетах два последние фактора часто не учитываются.

Для получения выходного импульса с кру­ тым фронтом предложен управляющий им-

40