5.7.2. Зависимость коэффициента инжекции

В динамическом режиме для p-n-p транзисторов

γ_Э = İ_Эп/İ_Э (5.85)

т.е. это отношение комплексных амплитуд İ_Эп электронной составляющей тока эмиттера к полному току İ_Э.

В статическом режиме

γ_Э = I_Эп/I_Э

где электронная составляющая I_Эп определяет полезную часть тока I_Э или ток инжекции в базу электронов.

В динамическом режиме к постоянному току I_Эп (постоянная со­ставляющая) добавится переменный ток İ_Эп, амплитуда которого и определит коэффициент инжекции на данной частоте.

Расчет показывает, что ток инжекции İ_Эп имеет две составляющие:

а) активную, совпадающую по фазе _ЭБ:

İ_Эr= _ЭБ/ r_Э

где r_Э – активное дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода на эквивалентной схеме;

б) реактивную емкостную составляющую, связанную с диффузи­онной емкостью С_{Э дф}, изображенной на эквивалентной схеме:

Так что

İ_Эп = İ_Эr+ İ_{Э дф}=(1/ r_Э +jω С_{Э дф}) _ЭБ (5.86)

Векторная диаграмма токов показана на рис. 5.27. Полный ток эмиттера

İ_Э=İ_Эп+İ_Эб (5.87)

где

(5.88)

–переменный ток в барьерной емко­сти эмиттерного перехода С_Эб. Это ток смещения, он не связан с движением носителей через переход, но состав­ляя некоторую часть I_Э, уменьшает ко­эффициент инжекции. Объясним фи­зику процессов.

Синусоидальное напряжение _ЭБ вызывает изменение напряжения на переходе около постоянного значения U_ЭБ, т.е. вызывает изменение ширины перехода и величину заряда ионов в нем до значения, соответствующего мгновенному значению напряжения. В тот полупериод, когда прямое напряжение увеличивается, пере­ход сужается.Чтобы это произошло, необходимо нейтрализовать положительный заряд доноров ∆Q_Д в некоторой части перехода на границе с n-областью эмиттера, для чего из n-области должны прийти ее основные носители – электроны. Аналогично равный заряд ∆Q_а отрицательных акцепторов на границе p-области базы должен быть нейтрализован дырками, приходящими сюда основ­ными носителями базы. Направление тока электронов и дырок в своих областях совпадает с направлением прямого тока инжек­ции через переход, но эти носители через переход не проходят. Они оказываются связанными с ионами на границах перехода, а ток в цепи замыкается равным им током смещения (3.53) в барьерной емкости (см. § 3.6.2):İ_п=İ_Эб=İ_р(рис. 5.28).Исполь­зуя (5.85) – (5.87) и (5.88), можно записать

(5.89)

где γ_Э – значение коэффициента инжекции на низких частотах (при ω → 0 – статический режим), определяемое выражением (5.3).

Для упрощения (5.89) можно воспользоваться тем, что на рабо­чих частотах БТ

ωr_ЭС_{Э дф} << 1

ωr_ЭС_{Э б} << 1

В этом случае знаменатель в (5.89) можно представить в виде

(1+ jωr_ЭС_{Э дф})(1+ jωr_ЭС_{Э б})

так как после перемножения можно пренебречь произведением двух малых величин. Тогда вместо (5.89) можно написать

γ_Э = γ_Э /(1+ jωr_ЭС_{Э б}) (5.90)

Введя обозначения

τ_Э = r_ЭС_{Э б}, f_Э = 1/2πτ_Э = 1/2π r_ЭС_{Э б} (5.91)

получим комплексное представление и модуль

(5.92)

(5.92а)

Величину τ_Э называют постоянной времени эмиттерного перехо­да, точнее – цепи, состоящей из параллельно соединенных резисто­ра r_Э и барьерной емкости С_{Э б} на эквивалентной схеме рис. 5.26.

Характеристическая частота этой цепи f_Э – это частота, на кото­рой в (5.92,а) |γ_Э| уменьшается до значения γ_Э /. Ее называют предельной частотой коэффициента инжекции (рис. 5.29,а).