Расчет граничной частоты

Для расчёта граничной частоты необходимо знать барьерные ёмкости переходов и сопротивления базы, эмиттера и коллектора. Ёмкость коллекторного перехода известна. Рассчитаем барьерную ёмкость эмиттерного перехода. Для этого необходимо определить площадь боковой поверхности эмиттера

Рассчитаем барьерную ёмкость эмиттерного перехода для заданного прямого напряжения эмиттер-база U, равному 0,5 В.

А

Ф

Расчет показал, что эмиттерная ёмкость меньше заданной. В случае, если бы она оказалась большей, то следовало бы уменьшить площадь эмиттера или концентрацию примеси в эмиттере.

Рассчитаем сопротивление эмиттера. Оно равно сумме сопротивлений тела эмиттера rteи дифференциального сопротивления в рабочей точке red. Поскольку граничная частота задана при токе эмиттера 0,5 А, то дифференциальное сопротивление определяем при таком токе.

А

Ом

Ом

Ом

Расcчитаем сопротивление тела коллектора rk. От сопротивления тела коллектора зависит быстродействие транзистора и падение напряжения на нем в насыщенном состоянии. Поэтому оно должно быть как можно меньшим. Примем, что подвижность электронов в эпитаксиальном слое коллектора mnk = 1500 см2/(Вс).

Определим удельное сопротивление коллектора

Ом см

Рассчитаем немодулированное сопротивление эпитаксиального слоя коллектора c учетом расширения ОПЗ в область коллектора. Граничная частота задаётся при напряжении коллектор-база, равном 5 В. Поэтому будем рассчитывать расширение ОПЗ в область коллектора при этом напряжении.

Ом

Сопротивление базы представляет собой некоторое эффективное сопротивление для переменного тока базы между контактной площадкой и центром эмиттера. Оно включает в себя три последовательно включенных сопротивления: сопротивление базовых контактов , сопротивление пассивной области базы (между краем эмиттера и ближайшем краем контактной площадки), сопротивление активной области базы (между центром и краями эмиттера).

Рассчитаем сопротивление активной базы с учётом того, что имеет место низкий уровень инжекции. При высоком уровне инжекции сопротивление активной базы уменьшается (модуляция сопротивления базы). В этом случае оно может быть рассчитано

Ом

Рассчитаем сопротивление пассивной базы

Ом

Рассчитаем сопротивление базовых контактов. Типичное значение контактного сопротивления rc алюминий-сильнолегированный p-кремний 10-4- 10-5Ом см2

Ом

Общее сопротивление базы равно

Ом

Граничная частота в схеме с общим эмиттером примерно равна предельной частоте в схеме с общей базой. Последнюю можно рассчитать, определив постоянную времени переходного процесса в схеме с общей базой. Постоянная времени складывается из постоянной времени эмиттера ReCe, постоянной времени коллектора (rk+ rb)Ck, времени пролёта баы tprb, времени пролёта коллекторной ОПЗ tprk.

Рассчитаем время пролёта коллекторного перехода для напряжения между коллектором и базой Ukbfg. Зададим подвижность электронов в коллекторе mk= 1500 см2/(Вс). Для расчёта времени пролёта предварительно определим ширину коллекторной ОПЗ Lk1.

Время пролета коллекторного перехода.

с

Полученное значение может быть ошибочным, если электроны в ОПЗ достигают предельной скорости в кремнии Vs, равной 107см/с. Проверим это условие. Определим дрейфовую скорость электронов в ОПЗ

см/с  

Скорость дрейфа превышает предельную. Поэтому для определения времени пролёта следует исходить из того, что скорость движения носителя равна предельной. Для определения времени пролёта следует разделить ширину ОПЗ на предельную скорость.

с

При расчёте времени пролёта электрона в базе необходимо учесть неравномерное распределение примеси, которое приводит к появлению электрического поля в базе. Для его учёта используется понятие фактора поля в базе . Фактор поля вводится для оценки силы влияния ускоряющего поля в базе на движение неосновных носителей. Он показывает во сколько раз разность потенциалов в базе, возникшая за счет встроенного поля, больше теплового потенциала ft. Фактор поля следует учитывать только при низком уровне инжекции.

Для определения фактора поля из графика распределения суммарной концентрации примеси в базе максимальная концентрация :

см-3  

Рассчитаем фактор поля

Определим время пролета базы с учётом фактора поля

с

Рассчитаем предельную частоту для схемы с общей базой без учёта внешней нагрузки.

Гц

Граничная частота примерно равна предельной частоте в схеме с общей базой. Поскольку полученная частота больше заданной 20 МГц, то коррекцию параметров структуры не проводим. В противном случае следовало бы принять меры по уменьшению барьерных емкостей и (или) сопротивления тел базы и коллектора.

Дата добавления: 2015-08-17