Эффект Кирка

Сущность эффекта Кирка заключается в том, что при большой плотности тока происходит компенсация заряда ионизированных примесей подвижными носителями в части коллекторного перехода примыкающего к базе. В результате эта часть становится электрически нейтральной. При этом происходит расширение базы в сторону коллектора. Это ведёт к снижению времени пролёта и коэффициента переноса неосновных носителей. Для борьбы с этим эффектом необходимо увеличивать площадь коллекторного перехода (снижать плотность тока в коллекторном переходе).

При сильном увеличении плотности тока база достигает границы n-коллектора и при дальнейшем увеличении проникает в область коллектора. В пределе ширина базы может достигнуть границы подложки. Построим зависимость предельного тока от напряжения (Рис. 8).

Рис.7. Зависимость плотности тока, при которой возникает эффект Кирка, от напряжения коллектор-база ()

Построим зависимость ширины базы от инжектированного тока. Ширина базы является функцией двух переменных Uкби Inx. Зависимость считается при постоянном значении Uкб. Для расчёта требуется значение координаты границы коллекторной ОПЗ в базе до проявления эффекта Кирка, которая рассчитывается относительно долго (около 30 с). Поскольку MathCad проводит этот расчёт для каждого нового значения тока, хотя значение этой величины не меняется, то время расчёта оказывается неприемлемо большим. Поэтому будем рассчитывать всего три зависимости ширины базы от тока. Для этого предварительно вычислим соответствующие этим напряжениям координаты границ ak1, ak2 и ak3. Из этого будет следовать, что зависимости коэффициента передачи от тока будут строиться для этих трёх значений напряжения. Величины этих значений выберем на краях и в середине диапазона напряжений, которые могут быть на коллекторе транзистора

Рис.8. Зависимость ширины базы от тока коллектора при различных значениях напряжения коллектор-база (U.kb)

Функция имеет смысл, когда (рис.9).

Время жизни носителей в базе зависит от уровня инжекции. Напомним, что уровень инжекции в базе считают высоким, когда концентрация инжектированных в базу носителей намного превышает равновесную концентрацию основных носителей, равную концентрации легирующей примеси в базе.

При высоком уровне инжекции среднее время жизни электронов в базе можно рассчитать по следующей формуле.

При низком уровне инжекции инжекции среднее время жизни электронов в базе можно рассчитать по следующей формуле.

с

Рассчитаем заряд ионов примесей в базе

с

Кл

Определим постоянную накопления заряда в базе

с

Рассчитаем характеристический ток

Определим электронную составляющую тока насыщения эмиттерного перехода при низком уровне инжекции

А

А

Определим статический коэффициент передачи тока базы. Первый член выражения для коэффициента передачи обусловлен рекомбинационными потерями электронов в объеме базы, второй - деффектом инжекции эмиттера, третий - наличием рекомбинации носителей заряда в ОПЗ эмиттера.

В

В

В

В

В

мА

мА

мА

Напряжение коллектора Ukb5 B

Напряжение коллектора Ukb2 B

Напряжение коллектора Ukb1 B

Рис. 9. Зависимость статического коэффициента передачи тока базы от тока коллектора при различных напряжениях коллектор - эмиттер (U.kb)

Рассчитанные значения статистических коэффициентов передачи тока базы β₁=61.512, β₂=76.526 и β₃=79.373 находятся в пределах значений β≥25, указанных в задании.

Спад коэффициента передачи в области малых токов обусловлен рекомбинацией носителей заряда в ОПЗ эмиттера, а в области больших токов - уменьшением коэффициента инжекции.

Выходные характеристики строим, исходя из графического решения

Рис. 10. Семейство выходных характеристик транзистора при различных токах базы (I.b)

Для построения выходных вольт-амперных необходимо использовать одну из моделей транзистора (Эберса-Молла, Гумеля-Пуна и др.) в которую надо подставить найденные коэффициенты передачи тока базы прямой и инверсный. Для приближённой оценки вида выходной в.а.х. можно положить напряжение насыщения постоянным.

Дата добавления: 2015-08-17