5.4. Низкочастотные эквивалентные схемы для нормального режима

а) Идеальный транзистор.

Произвольный режим: Нормальный режим

I_E

_I I₂ _N I₁

I₁ I₂

I_C

I_B

E

B

C

;.

I_E

_N I_Е

I_С0

I_C

I_B

E

B

C

б) Реальный транзистор.

r_B, r^'_C — сопротивления базы и тела коллектора.

r_C (сопротивление коллекторного перехода) и

 (коэффициент обратной связи) – следствия эффекта Эрли.

e, b, c — «внутренние» электроды эмиттера, базы, коллектора.

. (5.4.1)

При включении ОЭ в качестве аргумента для вычисления тока I_C удобно использовать не ток I_E (который не является ни входным, ни выходным),а входной ток I_B.

I_E = I_C + I_B. (5.4.2) Подставляя (5.4.2) в (5.4.1), получим:

, или

, (5.4.3)

где , (5.4.4)

. (5.4.5)

Уравнению (1) соответствует эквивалентная схема для включения ОЭ:

r_B, r^'_C — сопротивления базы и тела коллектора.

r_C (сопротивление коллекторного перехода) и

 (коэффициент обратной связи) – следствия эффекта Эрли.

e, b, c — «внутренние» электроды эмиттера, базы, коллектора.

Обратная связь часто не учитывается.

При включении ОЭ кОм – заметный наклон выходных ВАХ:

Как и,.

Поэтому экстраполированные прямыми пологие участки ВАХ пересекают ось V_СE приблизительно в одной точке V_СE = V_IRL ,

где V_IRL — напряжение Эрли.

5.5. Зависимости коэффициентов и от тока эмиттера

Коэффициенты изависят от тока эмиттера:

.

1) Область малых токов.

С уменьшением I_E снижается эффективность эмиттера.

Причина — ток рекомбинации-генерации в эмиттерном переходе .

.

поправка

;;

;

;.

2) Область больших токов.

В области больших токов эмиттера

.

Проявляются 2 эффекта: а) изменение граничных условий на эмиттерном переходе; б) эффект оттеснения эмиттерного тока.

а) Изменение граничных условий на эмиттерном переходе.

При высоком уровне инжекции в базе:

;

;

.С ростом I_E(т.е. напряжения) это отношение увеличивается, иэффективность эмиттера снижается.

б) Эффект оттеснения эмиттерного тока.

Эффект проявляется при

.

С ростом эмиттерного тока ток оттесняется к базовому контакту.

Следствия:

1). Электроны инжектируются в пассивную базу. Возрастает T_N.

2). Рекомбинация электронов происходит на поверхности пассивной базы. Снижается _N .

В результате снижается коэффициент переноса

.

3). Снижается эффективная площадь эмиттерного перехода:

.

В результате повышается плотность эмиттерного тока , ВУИ наступает при меньших токах,снижается эффективность эмиттера.

Основные результаты

1). На ВАХ реального транзистора оказывают влияние сопротивления нейтральных областей базы и коллектора, токи рекомбинации-генерации в эмиттерном и коллекторном переходах, а также эффект Эрли — модуляция толщины базы напряжением на коллекторном переходе.

2). Эффект Эрли имеет 2 следствия: увеличение тока коллектора при возрастании напряжения коллектор-база в нормальном режиме и внутренняя обратная связь. Эффект Эрли ограничивает максимально достижимый коэффициент усиления по напряжению.

3). На эквивалентной схеме для нормального режима эффект Эрли учитывается сопротивлением коллекторного перехода , шунтирующим коллекторный переход, и генератором э.д.с. V_bc в цепи эмиттера.

4). При включении ОЭ выходное сопротивление транзистора в нормальном режиме в раз меньше, чем при включении ОБ.

5) При малых токах эмиттера усилительные свойства транзистора снижаются из-за токов рекомбинации в эмиттерном переходе, при больших — из-за изменения граничных условий на эмиттерном переходе и эффекта оттеснения эмиттерного тока.

6. Эквивалентные схемы биполярного транзистора

6.1. Эквивалентная схема для большого сигнала

на основе модели Эберса-Молла

Модель Эберса-Молла дополнена сопротивлениями базы и тела коллектора, а также барьерными и диффузионными емкостями. Скорректированы ВАХ диодов.

Функции I₁(V_be), I₂(V_bc) могут учитывать реальные ВАХ переходов;

r_B и r'_C — сопротивления базы и тела коллектора;

C_E (V_be), C_C (V_bc), C_S (V_sc) — барьерные емкости переходов;

C_Ed (I₁), C_Cd (I₂) — диффузионные емкости эмиттера и коллектора.

Диффузионные емкости приближенно учитывают зависимости . Поэтому в эквивалентной схеме—действительные числа, не зависящие от частоты.

Модель не учитывает:

1) Зависимости _N, _I от токов I₁, I₂.

2) Эффект Эрли.

3) Распределенный характер r_B, r'_C .

Значительно более мощная модель — Гуммеля-Пуна.