dsd1-10 / dsd-01=Компоненты ИС / Staroselskiy OLD / 03.bipolary / 5

86

5. ВАХ реального транзистора

5.1. Особенности ВАХ реального транзистора

1). Часть приложенных напряжений падает на сопротивлениях нейтральных областей базы и коллектора . , , где — напряжения на электродах, — на р-п переходах.

2). При малых токах возрастает роль токов рекомбинации-генерации в эмиттерном и коллекторном переходах. , поэтому в общем случае

, (5.1.1а), (5.1.1б)

где — факторы неидеальности.

3). Ширина р-п переходов зависит от напряжений: , . Поэтому от напряжений на переходах зависит толщина базы. Эмиттерный переход тонкий, а в нормальном режиме и изменяется с напряжением слабо (логарифмически). Главный эффект — зависимость .

5.2. Сопротивления базы и тела коллектора

Ток в базе переносится основными носителями. Удельная электропроводность . Наибольший вклад вносит сопротивление тонкой и слаболегированной активной базы (под эмиттером) длиной . Линии тока одинаковы для токов , и :

; .

Обычно кОм.

2 контакта по разные стороны эмиттера снижают в 2 раза, — в 4.

В структурах без -слоя наибольший вклад в сопротивление тела коллектора вносит тонкий и слаболегированный слой под базой.

5.3. Эффект Эрли

Эффект Эрли — модуляция толщины базы напряжением на коллекторном переходе.

2 следствия:

1) увеличение при возрастании в НР;

2) внутренняя обратная связь.

1). Сопротивление коллекторного перехода.

В нормальном режиме:

;

;

. (5.3.1)

; МОм.

Конечная величина — конечный коэффициент усиления по напряжению.

2). Внутренняя обратная связь.

Коэффициент обратной связи:

; (5.3.2)

;

. Подставляя в (5.3.2), получим: . (5.3.3)

Типичные значения .

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 и зависят 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, и эффективность 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.