Файл: Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. Проектирование и расчет.pdf

где

Е ' = ф 7

1п^ - =

фг 1 п у .

(1.8)

Обычно

в генераторных

режимах

il I s =

q/Q0

>

> 103 Ч-Ю4 ,

поэтому Е' мало зависит от

изменений вели­

чины і и q. Во время работы транзистора

Е' можно считать

константой,

зависящей

лишь от порядка

величины i/Js

=

= q/Qo- При работе в генераторных режимах, для

которых

для

кремниевых переходов

i/I.

= Qa/Qo= 1 0 1 0 Ю 1

2 , т.

е. Е' да 0,7 В;

для

германиевых

переходов

f7/s =

<?6/Qo =

1 0 3 - M 0 4 (

т. е.

Е' да 0,2 -г 0,3 В.

Отсюда следует,

что в динамическом

режиме

уравнения

(1.6) и (1.7) для тока также непригодны.

При релейной идеализации свойств перехода следует

пользоваться системой уравнений из

(1.7) для

заряда и

(1.9). Эта система

уравнений

позволяет построить экви­

валентную схему р-п перехода,

показанную на рис. (1.2, в).

напряжения Е'

и параллельной цепочкой /?р ,

С д . Емкость

С д

отображает

свойство перехода

накапливать

заряд

q0,

а

сопротивление

Rp,

шунтирующее

емкость

С Д 1 харак­

теризует процесс рекомбинации с постоянной

времени Тр.

Чтобы удовлетворялось соотношение (1.7), величина ем­

кости

С д должна

стремиться

к бесконечности, а

величина

сопротивления

Rp

— к

нулю. Ключ

замыкается

при v

=

=

Е',

а размыкается

при q6

= 0.

В ряде случаев идеализированный переход, схема ко­

торого

представлена

рис. 1.2, в, и заряд q6 в этом

переходе

будут

изображаться символом, показанным на рис. 1.2,

г.

Идеальный

транзистор

п-р-п

или р-п-р

представляет

собой совокупность

двух идеальных р-п переходов с общей

тонкой базовой областью. Один

из переходов

называется

эмиттерным, другой — коллекторным.

Состояние идеального транзистора (область работы)

определяется величинами напряжений

оэ на эмиттерном и

ук на коллекторном переходах.

Если

принять

релейную

аппроксимацию свойств переходов

(1.7), то можно выделить

следующие области.

?6кАт«

lfjJTT»

1sJTT

£' v3

£'

О

•

- о*

Е' Vj

0

-v«-v3

3)

,

е)

Рис. 1.3. Эквивалентные

схемы (а, 6, а, г) и статические

характери­

стики (д,

е)

при

релейной

аппроксимации

характеристики пере­

ходов

1.

Активную

область.

Эмиттерный переход

смещен

в

прямом направлении,

а 'коллекторный

— в обратном (оэ

=

= Е';

vR

<

Е').

2. Область отсечки токов. Эмиттерный и коллекторный

переходы

смещены

в обратном направлении

(va <

£";

с„ <

Е').

3. Область насыщения. Эмиттерный и коллекторный пе­

реходы смещены в прямом направлении

(v9

— Е'\

р„ =

Е').

обратном

направлении,

а коллекторный

—

в

прямом

(v, <

Е'\

vK =

Е').

эмиттерный

и

коллектор­

В

о б л а с т и о т с е ч к и

ный

переходы

закрыты.

(Ключи

в эквивалентных

схемах

ду

всеми точками.

В а к т и в н о й

о б л а с т и

эмиттерный переход

инжектирует носители

в базу (ток / э ' ) . Под действием дрей­

фа

и диффузии они перемещаются

к коллекторному пере­

коллектора

ік'.

При инжекции вблизи эмиттера накапливается неравно­

весный

заряд

дб9.

Величина

тока

коллектора

пропорцио­

нальна

этому заряду,

т. е.

/ ; = % Л

(МО)

где %т — среднее время переноса заряда через базу.

Ток базы аналогично (1.9) определяется процессом

рекомбинации

неравновесного

заряда

базы

и

эффектом

накопления

заряда:

і б = ^

+ % ,

(1.11)

где

— постоянная

времени

рекомбинации

носителей

в базе.

Соответственно

,; =

, і +

й в ! й і

+ а ь+

% =

а

± & . + ^

>

(,.i2)

т,

т и

at

а,

і ,

dt

где

а 0

=

1(1+т//тр)—статический

коэффициент

усиления

по

току

в схеме с

общей

базой;

а 0 ^

1, так

как т7

< тр.

Из уравнений (1.10) и (1.11) можно получить соотноше­

ния между амплитудами переменных токов

в

базе

и

коллекторе

/ к ' :

Р =

4

=

IPI е " " «

—

^

= _ J l _ - >

(1.13)

где р0 =тр/т-/ = «г/юр —статический

коэффициент

усиления

по

току

в схеме с общим

эмиттером

(ОЭ); фр = arctg ютр—

фаза коэффициента усиления

по току.

раз по сравнению со своим значением |30

на низкой частоте;

со?- — частоту, на которой

|Р| =

1 (при В0 >

1)-

Подобные соотношения токов эмиттера и коллектора

можно получить из (1.12) или (1.13):

а

/к

Ік

Ро

1

_

а п

(1.14)

_ ~ _ _ ^ >

>

1 ф

1 / р 0 ф /со/о)7

1 -ф- /со/ша

где <ва — граничная

частота усиления

по току

в схеме с

общей базой (ОБ), т. е. частота, на которой

| а |

уменьшает­

ся в

|А2 раз по сравнению со своим низкочастотным значе­

нием

а 0 « 1. При р 0 ^> 1 получаем

соа =

wT.

Заметим, что приведенные соотношения для включения

по схеме с ОБ являются довольно грубым

приближением,

сложной форме тока базы

/ б ' = ReS l'&N

или эмиттера

оо

i3'=Re

2 ГъЫ коллекторный ток определится

как сумма гар-

N=0

монических составляющих возбуждающего тока, изменен­

ных в соответствии с коэффициентом усиления по току $

или а:

оо

f-K = Re 2

/б*/Р(Мй),

(1.15)

ік = Re 2j

I9N a (Woo).

T —(4.16)

2 Зак

1056

к&учне - т е л а * ,e -к£Я

б и б л и о т е к * СССР-

тока

с коэффициентом усиления

а 0 ж 1. Поэтому

формы

токов

эмиттера и

коллектора

практически

совпадают

с точностью до тех спектральных

составляющих,

частоты

которых лежат ниже

частоты 0,5 соа .

Для дальнейшего изложения весь диапазон рабочих

частот удобно разделить на три области.

1.

Область низких

частот: ютр < 0,3. Здесь

в

соответ­

ствии с (1.13) с ошибкой менее 5% можно считать,

что [|3| =

2.

Область высоких

частот: ютр > 3. Здесь

согласно

(1.13) с небольшой ошибкой можно считать, что

Э = —/С07-/С0.

(1.17)

3.

Область средних частот: 0,3 <

сотр < 3.

В

и н в е р с н о й

о б л а с т и

неосновные

носители

перехода

накапливается

избыточный

заряд

ддк,

причем

заряды и токи связаны соотношениями,

аналогичными

(1.10) и (1.11) в активном

режиме,

т. е.

*'э=<7бк/т7"и,

(1.18)

і к - а 0 ит^Г и

+

^dt,

(1.19)

г £ = ^ + % .

(1.20)

т р и

dt

В инверсном

режиме у транзисторов

с неравномерной

кон­

центрацией

примесей в базе (дрейфовые транзисторы) па­

раметры

хТи

и а 0 и

могут существенно

отличаться

от пара­

метров в активной области: тг и

>

tf,

а ои <

а о-

пред­

В о б л а с т и

н а с ы щ е н и я

оба перехода