2.12.8 Параметры быстродействия транзистора

Время переключения транзистора складывается из совокупности составляющих:

• времени переноса носителей через базу

T1 = Wbn²/ k1×Dnb; (2.82)

• времени переноса носителей через компенсированную область коллекторного перехода

T2 = Wcb/(2×Vn); (2.83)

• времени заряда емкостей физико-топологической модели, соответствующих эмиттерно-базовому, коллекторно-базовому и изолирующему переходам.

В формулах (2.82), (2.83) коэффициент k1 ≥ 2,43 учитывает ускоряющее поле активного слоя базы, коэффициент Dnb есть коэффициент диффузии носителей в базе, Vn ≈ 10⁷см/сек — средняя скорость носителей в коллекторном переходе. Учет влияния сопротивлений электродов и емкостей переходов на процесс переключения осуществляется расчетом переходного процесса для электрических схем замещения транзистора. Вариант Т-образной схемы замещения транзистора представлен на рисунке 2.27. На схеме обозначения сопротивлений Re1, Re2, Rb1, Rb2, Rc1, Rc2 и конденсаторов Ceb1, Ccb1, Ccb2, Ccp соответствуют расчетным значениям элементов структурной и физико-топологической модели. На рисунке 2.27 символами Б,Э,К,П обозначены электроды база, эмиттер, коллектор, пластина соответственно.

Примечание. Сопротивления схемы замещения соответственно определяются по выражениям:

Re1 = Rke +R90; Re2= Ft/Ie; Rb1=R□b2×Le/(3×Be) — слой активной базы;

Rb2 = Rkb + (Rvb — объемное сопротивление пассивного слоя базы от контакта к базе до слоя активной базы); Rc1= R20+R33+R43+R73; Rc2 = Rkc+R10 — объемные и контактное сопротивления коллектора по модели рисунка 2.24.

Обозначениям конденсаторов схемы замещения соответствуют:

Сeb1— полная емкость перехода эмиттер-база;

Сcb1— барьерная емкость перехода коллектор-база области под донной площадью эмиттера (емкость активной базы);

Cb2 — барьерная емкость перехода коллектор-база области за пределами донной площади эмиттера (емкость пассивной базы);

Ccp — полная барьерная емкость перехода коллектор — пластина кристалла.

Инерционность переноса носителей в базе и коллекторном переходе учитывается соответствующим описанием коэффициента «α» управляемого генератора тока «α×Ie». Коэффициент «α» задается выражением вида

α =α0×{exp[–p(0.2×T2)]}/[1+p(T1+T2)]. (2.84)

Для приближенных оценок быстродействия время переклю-чения тока транзистором можно характеризовать суммой

Тпер = Т1+Т2 + √ (Твх² + Твых²), (2.85)

где Твх ≈ Сеb1×Re2 (т.к.Re2 << Rb1+Rb2) — время заряда входной емкости по схеме замещения;

Твых ≈ √{[(Cb1+Cb2)×(Rb1+Rb2)]²+[(Rc1+Rc2)×Ccp]²} — время заряда емкостей выходной цепи схемы замещения.

Схема замещения транзистора с отображенными в ней элементами физико-топологической модели предпочтительна для оценки длительности процессов переключения в прикладных применениях транзистора. Причиной тому является существенное влияние на переходные процессы, которое оказывают подключаемые к транзистору внешние радиоэлементы. В современных условиях контроль переходных процессов в электронных устройствах поддерживается разнообразными пакетами моделирования электронных схем и процессов распространения в них электрических сигналов. Рабочим материалом для таких программных «инструментов» служат топология электрических схем и значения параметров объединенных схемами радиоэлементов. Схема замещения транзистора вполне может рассматриваться как один из объектов такого рабочего материала.