Читайте также:
|
|
При прямом смещении на эмиттере происходит снижение потенциального барьера и дырки из области эмиттера диффундируют в область базы (происходит инжекция в базу неосновных носителей за- Ряда), а электроны из области базы в область эмиттера. Так как Удельное сопротивление базы больше, чем эмиттера (концентрация пР»месей соответственно меньше), то дырочный поток преобладает НаД электронным.
Для количественной оценки электронных и дырочных состав- Л5"ощих полного тока используется коэффициент инжекции у, показывающий отношение тока носителей заряда, инжектированных в базу к полному току через р-п- переход:
у=-гЧ-=:Г'где 7з=/»+/» hp + к» к
Дырочная составляющая тока I.ip создается потоком дырок, переходящих в базу. Большинство дырок затем достигает коллектор и вызывает коллекторный ток транзистора Ik. Электронная составляющая /зп обусловлена движением электронов из базы в эмиттер. Она замыкается по входной цепи через источник напряжения Еэ и не используется полезно: для создания тока в коллекторной цепи.
Таким образом, функция эмиттера сводится к инжекции носителей (дырок) в базу. С точки зрения качества эмиттерного перехода необходимо, чтобы /зп «1зр. Это достигается превышение в сотни и
тысячи раз концентрации основных носителей заряда в эмиттере по сравнению с концентрацией основных носителей в базе: рр0»»(|0.
Обычно у= 0,97... 0.995.
На рис. 7.3 показано распределение потоков носителей заряда в транзисторе.
Процессы в базе определяются поведением дырок, пришедших через эмиттерный переход. Вследствие разности концентраций развивается диффузионное движение дырок в сторону коллектора (т.е. в направлении меньшей концентрации). Дырки, дошедшие до коллектора, попадают в электрическое поле обратно смещенного коллекторного р-я-перехода и экстрагируются (перебрасываются) в область коллектора (процесс экстракции дырок).
База всегда электрически нейтральна, т.е. количество дырок, находящихся в базе, равно количеству электронов. Электроны, компенсирующие избыточный объемный заряд дырок и обеспечивающие электронейтральность, поступают по цепи базы (от источника напряжения) одновременно с дырками, входящими в слой базы сразу после подключения Еэ и UKii, точнее за время диэлектрической ре"
лаксации тЕ = 10-12 с. Диэлектрической релаксацией называется рас
сасывание зарядов под действием собственного поля.
В установившемся режиме концентрации электронов и дыр°к примерно равны. Наличие дырок и электронов в базе приводит к то*
В результате рекомбинации количество дырок, дошедших до коллектора, не будет равно количеству дырок, инжектированных из эмиттера, и, следовательно, дырочная составляющая тока коллектора будет меньше дырочной составляющей тока эмиттера: /кр < I.
Таким образом, в транзисторной структуре с двумя взаимодействующими переходами происходят четыре основных физических процесса:
- инжекция носителей заряда из эмиттера в базу (и из базы в эмиттер);
- диффузия носителей через базу;
- рекомбинация электронов и дырок в базе;
- экстракция носителей заряда из базы в коллектор.
Для определения количества дырок, перешедших из эмиттера в коллектор, вводится коэффициент переноса дырок в базе к, который равен отношению дырочной составляющей тока коллектора к Дырочной составляющей тока эмиттера:
к = (к* 0,95-0,995) (7.2)
1 Эр
му. что в процессе диффузии некоторая часть дырок рекомбинируют с электронами. |
р п р |
Uk6 |
Рис. 7.3. Движение носителей заряда в транзисторной структуре в активном режиме |
Процесс рекомбинации дырок и электронов в базе создает недостаток электронов, требующихся для компенсации дырок, постоян-
но поступающих в базу из эмиттера. Необходимые электроны посту, пают по цепи базы, создавая базовый ток транзистора: 16р. След0ва,
тельно. разность между дырочными составляющими эмиттерного и коллекторного токов, представляет собой ток базы, обусловленный рекомбинацией в ней дырок:
I*p=lkp+Iep (7.3)
Коллекторный ток, обусловленный дырочной составляющей / связан с током эмиттера коэффициентом передачи тока а:
о (74)
Умножив числитель и знаменательна получаем:
1кр 1эр а = —— х —- = ух к
h - lyn + I<ip ^ко |
По первому закону Кирхгофа: /, = 1б + /л., тогда 7.4. Эффект модуляции толщины базы В установившемся режиме концентрация дырок в базе распределена линейно как и в р-н-переходе при Wh «Ьпф (см. 6.25, «)■ Л" нейному распределению дырок соответствует практически линейна распределение компенсирующих их электронов в базе. |
/э hp
Коэффициент передачи тока а тем ближе к I. чем меньше отличаются от 1 коэффициенты у и к.
Наличие коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, приводит к появлению дополнительной неуправляемой составляющей тока коллектора, обусловленная протеканием обратного (теплового) тока /А 0. Поэтому результирующий ток через коллекторный переход равен:
h + <7-6> Ток базы равен (см. рис. 7.3) алгебраической сумме электронной составляющей тока эмиттера /,„, рекомбинационной составляющей 1Лр, и обратного тока коллектора 1К0:
(7.7)
(7.5) |
(7.8)
Ширина электронно-дырочного перехода зависит от напряжения приложенного к этому переходу (см. 6.18): / = /0 ——.
V дФо
Так как эмиттерный переход смещен в прямом направлении, его ширина мала и изменение этой ширины при изменении U3 не имеет существенного значения. Коллекторный переход смещен в обратном направлении и имеет большую ширину. Поэтому изменение ширины перехода при изменении напряжения Uк играет важную роль для работы р-л-р-структуры.
Поскольку коллекторный переход в основном сосредоточен в базе, (как более высокоомной области), то приращения его ширины вызывают практически равные им приращения толщины базы W. В результате получается зависимость: W - f(Uкоторую называют модуляцией толщины базы или эффектом Эрли.
Эффект модуляции толщины базы оказывает влияние на работу р-л-р-структуры следующим образом:
1) Изменение толщины базы влияет на ту долю инжектированных носителей заряда (дырок), которая доходит до коллектора, избежав рекомбинации. Чем меньше толщина базы, тем больше эта доля, т.е. при неизменном токе эмиттера /, модуляция толщины базы приводит к изменениям тока коллектора Iк.
Следовательно: коэффициент передачи эмиттерного тока а является функцией коллекторного напряжения: а = f(UK)\ коллекторный переход имеет конечное дифференциальное сопротивление
ГКпиф •
2) Заряд избыточных носителей пропорционален площади под линией их распределения Ар„(х). Очевидно, заряд дырок пропорционален толщине базы и току эмиттера /э, определяющему наклон линии
(5.6): jрдф — —(] ■ Df,| ~ j.
Модуляция толщины базы сопровождается изменением заряда дырок в базе, т.е. имеет место зависимость заряда в базе от коллекторного напряжения:Q = f(Ukli), следовательно, коллекторный перевод обладает диффузионной емкостью дополнительно к обычной верной.
3) Модуляция толщины базы меняет время диффузии дырок чер^ базу, тем самым напряжение на коллекторе влияет на частотные свойства транзисторной структуры.
э б к
4) Увеличение по модулю напряжения t/A- ведёт к уменьшению толщины базы на величину dWKi (рис. 7.4). Это приводит к увеличению градиента концентрации дырок в базе: gradLP = ■ Поскольку движение дырок в базе (ток) носит диффузионный характер, то согласно уравнению диффузии I3=JpM -S = -q-S-Dy^j^j.
Следовательно, при изменении напряжения на коллекторе UK происходит изменение тока эмиттера /?, что, в свою очередь ведет к изменению напряжения на эмиттере U3.
Другими словами: в транзисторной структуре с двумя взаимодействующими переходами существует внутренняя обратная связь по напряжению.
5) Пробой перехода может происходить не только в результате лавинной ионизации, но и в результате сужения базы ввиду модуляции её толщины. Если коллекторный переход расширится настолько, что ширина базы сделается равной нулю, то переходы транзистора сомкнутся, и ток будет беспрепятственно проходить из эмиттера в коллектор, т.е. наступит пробой. Такой эффект называют эффектом смыкания.
Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 70 | Нарушение авторских прав