ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 10.04.2024
Просмотров: 223
Скачиваний: 1
Рис. 3.6. Зависимость коэффи циента усиления Вст от тока коллектора при трех коллек торных напряжениях для тран зистора КТ312 (а) и КТ603 (б):
Д — UK6 = |
15 |
В, X — UK6 = 5,5 В, |
О — UKÜ = |
2,7 |
В. |
В случае |
переключающих |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
транзисторов, |
например |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
КТ603, |
|
в |
которых |
на |
за |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ключительной |
стадии |
|
из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
готовления |
|
проводится |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
диффузия |
золота, |
время |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
жизни |
электронов |
в |
базе |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
мало (тп А ; Ю - 8 с), и ко |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
эффициент |
переноса |
|
ß n |
Для |
таких |
приборов можно |
считать, |
||||||||||||
заметно |
отличается |
от |
1. |
||||||||||||||||
что |
уп |
|
— |
1, и тогда приходим к формуле (3.426). |
|
|
|
|
|||||||||||
|
При |
сравнении |
выражений (3.60) и (3.426) легко заметить, что |
||||||||||||||||
для транзисторов 1-го |
|
класса |
(ß„ |
= |
1, уп |
< |
1) коэффициент уси |
||||||||||||
ления |
ß C T |
не |
зависит |
от |
коллекторного |
напряжения |
U K P . N , |
а |
|||||||||||
у транзисторов 2-го класса |
(ß„ < |
1, уп |
= |
1) величина ВСТ |
обратно |
||||||||||||||
пропорциональна толщине квазинейтральной базы We, |
которая |
||||||||||||||||||
зависит от напряжения |
U K P |
. N |
по закону (3.40). Поэтому, |
измеряя |
|||||||||||||||
зависимость ВСТ |
= |
BCT(UK6) |
J / |
в |
диапазоне |
напряжений |
UKÖ |
= |
|||||||||||
= |
(—2 |
~ |
—15) |
В |
(когда |
[ £ / к б | |
< |
V 3 |
£ / к б п р ) |
при |
токе |
/ к , |
соот |
||||||
ветствующем |
средней |
|
части пологого участка на кривой ВСГ |
— |
|||||||||||||||
— Вст([к) |
|
\ у |
, где |
|
рекомбинация |
в |
эмиттерном |
р-п |
переходе |
||||||||||
пренебрежима по сравнению с рекомбинацией в квазинейтральной базе и эмиттерном слое, можно установить принадлежность транзи
стора конкретного типа к тому |
или иному классу. Если ВСГ |
почти |
|||||||||||||||
не зависит от напряжения |
UM |
(т. е. практически |
[ ß C T ( |
— |
15В) — |
||||||||||||
— 5 С Т ( |
— 2B)]/ßC T ( — 2В) < |
0,1); |
тогда |
|
можно |
|
считать, |
что |
|||||||||
ß„ = |
1 и ВСТ |
= |
1/(1 — у п ) . Случай |
ß„ |
= |
1, |
уп |
< |
1 реализуется, |
||||||||
например у транзисторов КТ312, как показано на рис. 3.6, |
а. |
|
|||||||||||||||
Если в указанном диапазоне напряжений £/„б |
|
коэффициент |
|||||||||||||||
усиления ß C T |
возрастает: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
[ 5 С Т ( — |
15В) — Л с т ( — 2 ß)]/5 C T ( — 2 В) |
» 0,20 |
— |
0,30, |
|
|||||||||||
тогда |
можно |
считать уп |
= |
1 и В с т |
= |
1/(1 |
— ß„). Действительно, |
||||||||||
согласно |
(3.40) |
и (3.426) |
при |
типичных |
значениях |
W6o |
= |
0,70 — |
|||||||||
— 1,50 |
мкм, Na(x30)/NdK |
|
= |
103, |
NdK |
= |
(0,5 |
ч- |
1) • Ю1 5 |
см~3 |
|||||||
получаем |
[ ß C T ( — 15В) — ВСГ |
( — 2B)]/ß C T ( — 2В) = |
0,25 |
— |
0,30. |
||||||||||||
Такая |
зависимость величины |
ВЙ7 |
от |
UK6 |
|
характерна для |
тран |
||||||||||
зисторов |
КТ603 (рис. 3.6, |
б), |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4 Зак. !90 |
97 |
Глава четвертая
О С О Б Е Н Н О С Т И РАБОТЫ Т Р А Н З И С Т О Р О В ПРИ БОЛЬШИХ Т О К А Х К О Л Л Е К Т О Р А
4.1. Э ф ф е к т оттеснения эмиттерного тока |
|
Транзисторы средней и большой мощности обычно |
работают |
в схемах в режиме высоких плотностей эмиттерного тока / э |
= 100 — |
— 3000 А/см2 . При больших величинах / э возникает ряд физиче ских явлений, вызывающих спад коэффициента усиления ß C T .
Вначале рассмотрим эффект оттеснения эмиттерного тока, который заключается в появлении неоднородного распределения плотности эмиттерного тока по ширине эмиттера. Сущность этого эффекта легко понять из рис. 4.1, где изображено сечение планарного транзистора с прямоугольным эмиттером. Падение напряжения
на эмиттерном р-п переходе в центре эмиттера Ua Р.п(у)\у=о |
всегда |
меньше напряжения на переходе у края эмиттера ÙB р.п |
( ± / э / 2 ) |
на величину омического падения напряжения на участке активной базы 0 < у < IJ2 вследствие протекания базового тока. Плотность ;же тока эмиттера экспоненциально зависит от напряжения на р-п
переходе |
/ э — exp (£/3 P -n /cpT ) согласно |
формуле (3.23). Поэтому |
|
падение |
напряжения на тонкой активной |
базе в несколько |
срг =- |
= 0,026 В приведет к различию в величинах /э (0) и ja(lJ2) |
на по |
||
рядок и более. Максимальная плотность тока будет на краю пере хода. Увеличение эмиттерного тока вызывает увеличение плотности эмиттерного тока / э (/ э /2), а также базового тока І б а , что приводит к возрастанию падения напряжения вдоль базы и к неоднородности в распределении тока по площади эмиттера. Поэтому в мощных транзисторах целесообразно использовать узкие эмиттеры с большим периметром.
Рассчитаем распределение плотности эмиттерного тока для двух основных конфигураций эмиттера — круговой и прямоуголь ной. Это даст возможность выразить полный ток эмиттера I э через плотность тока у края эмиттера, что необходимо для конструктив ного расчета транзисторов.
Прямоугольный эмиттер. Флетчер [59] впервые рассмотрел иде ализированный случай транзистора с однородно легированной ба зой (бездрейфовый транзистор) и с прямоугольным эмиттером беско нечной ширины. Хаузер [60] рассчитал эффект эмиттерного вытес нения для более реалистической модели транзистора также с одно родно легированной базой, прямоугольным эмиттером конечной
98
ширины и с базовыми контактными полосками, расположенными как с одной, так с обеих сторон от эмиттера ( рис. 4.1).
Обобщим результаты работы [60] на случай дрейфового тран зистора с неоднородно легированной базой с двумя базовыми кон тактными полосками, что обычно имеет место на практике.
Сделаем ряд допущений:
1) эмиттерный и коллекторный р-п переходы считаем плоскими
ипараллельными, что справедливо в пределах активной базы;
2)падением напряжения в эмиттер ном слое ввиду высокого ле гирования пренебрегаем;
3) уровень |
инжекции в базе считаем малым [п(х, |
y)lNа(х) |
—• |
— Л^гі(лг)) < 1], |
так что удельное сопротивление базы не зависит |
от |
|
тока при умеренных токах эмиттера; |
|
|
|
4) коэффициент передачи тока а предполагается |
постоянным |
||
вдоль базовой области, что хорошо выполняется в диапазоне не очень высоких плотностей тока эмиттера (допущение 3);
5) длину эмиттера Z3 |
считаем значительно большей ширины |
/ э , |
||||||
т. е. ZJl9 |
%> 1. Поэтому |
краевые эффекты |
можно не учитывать |
и |
||||
рассматривать двумерную модель |
транзистора. |
|
|
|||||
Ввиду симметрии задачи относительно оси Ох достаточно рас |
||||||||
смотреть область активной базы 0 ^ |
у <J IJ2. |
Напряжение на эмит- |
||||||
терном р-п |
переходе Uop.n(y) |
в |
произвольной точке у, |
очевидно, |
||||
связано с напряжением на переходе у края эмиттера |
Uap.n(lj2) |
|||||||
следующим |
соотношением: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У 2 |
|
|
|
|
U3p.n(y)^U3p.n(lJ2)~ |
|
|
J |
/ б ( х , y')pu(x)dy', |
(4.1а) |
|||
|
|
|
|
у |
|
|
|
|
где интеграл в правой части представляет собой омическое падение напряжения на участке базы {у, IJ2), /б (х, у) — абсолютная вели чина плотности базового тока в точке (х, у).
Величина / б (х, у) рб (х, y)dy = f{y)dy — омическое падение на пряжения на участке dy, не зависит от координаты х, так как при малых уровнях инжекции в базе (допущение 3) ток базы можно счи-
Рис. |
4.1. |
Картина |
токов в |
/7Т 1 X |
п-р-п |
транзисторе |
с прямо |
||
угольным |
эмиттером. |
|
||
4* |
|
|
|
99 |
|
|
|
|
|
Тать чисто дрейфовым вдоль оси Öy, а падением напряжений по толшине базы (вдоль оси Ох) можно пренебречь. Последнее допущение оправдано еще и тем, что толщина базы W6 всегда значительно мень
ше полуширины эмиттера (W61(1 |
J2) |
^ |
|
0,1). |
|
|
|
|||||||||||
|
Плотность |
базового тока |
/б (х, |
у) |
выразим через |
базовый ток |
||||||||||||
в сечении у |
|
— |
І^(у)- |
Очевидно, что |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
/б (У) = j /о (*. У) Zo |
dx = |
/б (X, |
У) PG (х) jZ3 |
dx |
|
|||||||||||
поскольку |
|
уб |
(х, |
у) |
р б |
(х) = f (у). |
Следовательно, |
/ б |
(х, у) р б (х) |
|||||||||
I |
/,,\ |
7-1 |
зд. г Д е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
~і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
г- Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
• 1 |
|||
|
|
|
|
|
Г |
dx |
|
— 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
/< Рб (Л) |
j |
?|Ар(х)[УѴа |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
_ э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— поперечное |
сопротивление |
активной |
базы [см. формулу |
(3.24)]. |
||||||||||||||
Подставляя последнее выражение в (4.1а), получаем |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
иэрп(у) |
= и э р . п [ ^ - |
|
j |
I6(y')Z^Rsady'. |
|
(4.16) |
||||||||||
|
С другой |
стороны, |
базовый |
ток |
Іб(у) |
в сечении у выражается |
||||||||||||
через плотность эмиттерного тока |
|
j3(y): |
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/ о О / W o |
( у ) - |
J |
|
/ 3 |
( ï / ' ) ( l - a ) Z a J î / ' , |
|
(4.2) |
|||||||
где интеграл учитывает потери дырок на рекомбинацию с электро |
||||||||||||||||||
нами и на инжекцию в эмиттер на участке базы от у до |
IJ2. |
|
||||||||||||||||
|
Плотность эмиттерного тока j3(y) |
на основании формул |
(3.12а) |
|||||||||||||||
и (3.56) |
равна |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где |
|
|
h (У) = |
|
I Іп Ш + \ } Р |
(У) |
I = |
/эо ехр (U3 |
р.п |
(j/)/q>T), |
(4.3) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.4) |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ng(x)~Nd(x) |
|
dx |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Dn |
|
(X) |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ибо |
всегда |
|
| / „ | > | / p | |
(см. § |
3.4). |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
Теперь |
продифференцируем (4.2) по у: |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
dla |
(y)/dy = |
/ э |
(t/) ( 1 — а ) Z a . |
|
|
(4.5) |
||||||
100
