- •Практические применения контактных явлений в полупроводниках
- •5.1. Полевые транзисторы
- •5.1.1. Мдп-транзисторы с изолированным затвором
- •5.1.2. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
- •5.1.3. Полевой транзистор с барьером Шоттки на основе арсенида галлия
- •5.1.4. Параметры полевых транзисторов
- •5.1.5. Частотные свойства полевых транзисторов
- •5.1.6. Влияние температуры на характеристики полевых транзисторов
- •5.1.7. Влияние подложки на характеристики полевых транзисторов
- •5.2. Физические процессы происходящие в системе с двумя p-nпереходами
- •5.2.1. Основные физические процессы в биполярных транзисторах
- •5.2.2. Биполярный транзистор в схеме с общей базой. Зонная диаграмма и токи
- •5.2.3. Модуляция ширины базы. Эффект Эрли
- •5.2.4. Дифференциальные сопротивления переходов биполярного транзистора
- •5.2.5. Коэффициент обратной связи
- •5.2.6. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером
- •5.3. Модель Молла – Эберса биполярного транзистора
- •5.3.1. Вольтамперные характеристики биполярного транзистора
5.2.3. Модуляция ширины базы. Эффект Эрли
При нормальном включении биполярного транзистора на эмиттерный переход подается прямое смещение Uэп, а на коллекторный переход – обратное,Uкп.
Рассмотрим, как такое включение влияет на изменение ширины базы биполярного транзистора (рис. 5.21).
В эмиттерном переходе, включенном в прямом направлении, ширина запирающего слоя распространяется в область базы и равна
≈0,1 мкм.
К коллекторному переходу приложено обратное напряжение и ширина запирающего слоя, распространяющегося в область менее легированной базы, значительно больше:
≈1…5 мкм.
Увеличение абсолютного значения обратного напряженияUкпведет к уменьшению ширины базы на величинуWБ′= WБ- Δlкп (рис 5.21). Этот эффект называютмодуляцией ширины базы.
Рассмотрим, как модуляция ширины базы влияет на коэффициент передачи . Проанализируем возможность зависимости коэффициента передачиот напряжения на коллектореUк. Эта зависимость может проявиться через следующие цепочки: увеличение напряжения на коллектореUкувеличит ширину запирающего слояp‑nперехода lкп, а увеличение ширины запирающего слояp‑nперехода вызовет уменьшение ("модуляцию") ширины базы.
Из-за уменьшения ширины базы WБпри увеличении напряженияUкна коллекторе отношениебудет уменьшаться, гдеL– диффузионная длина инжектированных носителей является неизменной величиной. Поэтому скорость рекомбинации избыточных носителей в базе также будет уменьшаться и большее количество неосновных носителей заряда дойдет до коллектора. В результате ток коллектораIквозрастает, а так как, то увеличивается коэффициент передачи тока эмиттера.
Зависимость от отношения ширины базыW к диффузионной длине носителей заряда L очевидна из анализа выражения (4.61) для коэффициента передачи :
,
откуда следует, что при уменьшение отношения коэффициент передачи тока эмиттера возрастает, а при увеличениизначение уменьшается.
Изменение коэффициента передачи биполярного транзистора вследствие модуляции ширины базы при изменении коллекторного напряжения Uк получило название “эффект Эрли”.
Как следствие, на зависимости Iк=f(Uк)|Iэ=constпри увеличении напряженияUкна коллекторном переходе несколько возрастает и ток коллектораIк. Это свидетельствует о том, что значение дифференциального сопротивленияrкобратно-смещенного коллекторного перехода имеет хотя и высокое, но конечное значение.
5.2.4. Дифференциальные сопротивления переходов биполярного транзистора
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода rкопределяется как
. (5.26)
В активном режиме при Uк << 0 зависимость тока коллектораIкот параметров биполярного транзистора выглядит следующим образом:Iк = Iэ + Iк0. Из приведенного соотношения следует, что в явном виде ток коллектораIкот напряжения на коллектореUкне зависит. Поэтому в первом приближении сопротивление коллекторного переходаrкприUк << 0 стремится к бесконечности.
С учетом изложенного выражение (5.26) для расчета дифференциального сопротивления коллекторного перехода rк представим в виде:
. (5.27)
При изменении напряжения на коллекторе Uк меняется ширина обедненной области , а, следовательно, и ширина базы биполярного транзистораW. Этот эффект обуславливает конечное значение дифференциального сопротивления коллекторного перехода (рис. 5.22). Соотношение (5.27) можно представить в виде:
. (5.28)
Подставляя значение в соотношение (5.28) с учетом сказанного получаем выражение для дифференциального сопротивления коллекторного перехода:
. (5.29)
Пример. Рассчитать численное значение сопротивления коллекторного перехода rк при следующих параметрах биполярного транзистора на основе кремния (Si): ND = 1015 см-3; L = 0,1 мм; W = 30 мкм, Uк = 5В, Iэ = 1 мА, Si = 11,8.
Подставляя параметры в выражение (5.29), получаем rк 5,2 МОм.
С учетом дифференциального сопротивления коллекторного перехода выражение (5.21) для коллекторного тока в схеме с ОБ приобретает вид
, (5.30)
где Uкб– обратное напряжение коллектор-база.
Для расчета дифференциального сопротивленияе эмиттерного перехода используется выражение (4.15) для прямосмещенного p-nперехода:
,
где Iэ– ток через эмиттерный переход.