- •3. Биполярные транзисторы (bt)
- •1. Устройство и принцип действия бт
- •1.1. Устройство транзистора
- •1.2. Принцип действия
- •1.3. Разновидности транзисторов
- •2. Статические характеристики идеализированного транзистора
- •2.1. Модель Эберса-Молла
- •2.2. Статические характеристики в схеме об
- •2.3. Статические характеристики в схеме оэ
- •Основные результаты
- •3. Усилительные свойства биполярного транзистора
- •3.1. Коэффициент переноса
- •3.2. Тепловые токи и эффективость эмиттера
- •3.3. Роль коэффициента переноса и эффективости эмиттера
- •3.4. Особенности вырожденного эмиттера
- •Основные результаты
- •4.4. Диффузионные емкости в транзисторе
- •Основные результаты
- •5. Вах реального транзистора
- •5.1. Особенности вах реального транзистора
- •5.2. Сопротивления базы и тела коллектора
- •5.3. Эффект Эрли
- •5.4. Низкочастотные эквивалентные схемы для нормального режима
- •5.5. Зависимости коэффициентов и от тока эмиттера
- •1) Область малых токов.
- •2) Область больших токов.
- •Основные результаты
- •6.2. Малосигнальные (линейные) эквивалентные схемы
- •6.3. Формализованные линейные эквивалентные схемы
- •6.4. Частотные свойства биполярного транзистора
- •Основные результаты
- •7. Особенности дрейфовых планарных транзисторов
- •7.1. Примесный профиль и встроенные электрические поля
- •7 Ec Ev f Ev.2. Распределение избыточных носителей заряда в базе
- •7 Ec Ev f Ev.3. Время пролета неосновных носителей через базу
- •7.4. Тепловые токи эмиттерного перехода
- •7.5. Коэффициент передачи эмиттерного тока
- •7.6. Частотная и переходная характеристика коэффициента передачи эмиттерного тока
- •7.7. Инверсные параметры
- •8. Современные структуры биполярного транзистора
- •8.1. Типовые транзисторные структуры
- •Латеральный (торцевой) р-п-ртранзистор
- •8.2. Перспективные транзисторные структуры
- •8.3. Мощные биполярные транзисторы и транзисторы свч
- •9. Модель Гумеля-Пуна
- •9.1. Метод Гуммеля-Пуна
- •Эмиттерного
6.2. Малосигнальные (линейные) эквивалентные схемы
Малосигнальные эквивалентные схемы используются для транзистора, работающего в нормальном режиме (Vbc < - 3Т) в заданной рабочей точке (заданы постоянные составляющие тока IE и напряжения Vbc). При этом емкости — константы. Учитываются только переменные составляющие токов и непряжений (помечены точкой).
Эквивалентная схема может быть получена путем линеаризации элементов эквивалентной схемы для большого сигнала. Дополнительные элементы учитывают более тонкие эффекты.
Эквивалентная схема Джиаколетто:
О
СС E B C b c r'C rC rB e rЕ СE СEd S
1). (Vbc < - 3Т, I2 <= - IS).
2). СопротивлениеrC и генератор э.д.с. учитывают эффект Эрли.
3
СS
(для заданного режима работы).
4). Управляемый генератор тока содержит ток , а не, т.к. коллектор собирает электроны, а не ток смещения.
5) , и. Поэтому Ток управляемого генератора можно представить в виде
,
где —
крутизна ВАХ (при большом токе может быть очень высокой).
Диффузионная емкость СEd учитывает зависимость в виде
.
Точность модели можно повысить, если исключить СEd и вместо действительных чисел использоватькомплексные функции
или .
B C b c r'C r*C rB e СС* rЕ СE IB1 S СS
Особенности схемы:
1). Диффузионной емкости эмиттера нет. Вместо нее
. (а)
2
E
3). Согласно (а) сопротивление и емкость— комплексные функции частоты. Импеданс этой емкостиуменьшился враз, как и сопротивление(проявление эффекта Миллера).
6.3. Формализованные линейные эквивалентные схемы
Для биполярного транзистора удобно применять систему h-параметров:
;
, где
—входной импеданс (КЗ-выходе);
—комплексный коэффициент передачи тока (КЗ-выходе);
—выходной адмиттанс (ХХ на входе);
—обратный коэф. передачи напряжения (ХХ на входе).
БТ имеет низкий входной импеданс и высокий — выходной.
Поэтому при измерениях h-параметров удобно осуществлять режим КЗ на выходе и ХХ — на входе.
Для идеального транзистора (,,,):
; ;;;
; ;;;.
6.4. Частотные свойства биполярного транзистора
Характерные частоты БТ:
Верхняя граничная частота в схеме ОБ :.
Верхняя граничная частота в схеме ОЭ :.
Предельная частота (в схеме ОЭ) :.
Приближенная
экв. схема для определения fmB
Опущены элементы:
генератор э.д.с. , , .
Решая уравнения Кирхгоффа, получим:
;
.
;
; Отсюда:
. (6.4.1)
Таким же образом можно получить приближенные выражения для остальных характерных частот:
; (6.4.2)
. (6.4.3)
Для идеального транзистора (,,,):
; ;.
Основные результаты
1. Простейшая эквивалентная схема биполярного транзистора строится на основе модели Эберса-Молла. Эта модель не учитывает зависимости коэффициентов N и I от токов через переходы, эффект Эрли и распределенный характер сопротивлений тела базы и коллектора.
2. Малосигнальная эквивалентная схема может быть получена путем линеаризации элементов эквивалентной схемы для большого сигнала. Дополнительные элементы учитывают более тонкие эффекты.
3. Для аналитических расчетов удобно использовать специальную эквивалентную схему для включения ОЭ, в которой управляемый генератор тока зависит от тока базы.
4. Формализованная эквивалентная схема для малого сигнала использует систему h-параметров.
5. Характерные частоты транзистора определяются соотношениями (6.4.1) – (6.4.3).