P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р

Скачати 0.74 Mb.

Назва	P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р
Сторінка	4/8
Дата	09.04.2013
Розмір	0.74 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8

Прикладемо тепер напругу до переходу колектора, вибравши його таким, щоб перехід виявився закритим для основних носіїв (рис.6.3). В даному випадку в n-р-n транзисторі плюс зовнішньої напруги Екб повинен бути прикладений до колектора, а мінус – до бази. Це призводить до того, що дифузійний струм переходу колектора припиниться (або значно ослабиться) тоді як струм провідності, створюваний не основними для бази і не основними для колектора дірками, залишиться незмінним. Цей струм провідності називаємо початковим, або тепловим, струмом колектора і позначимо Ізв. Початковий струм колектора є некерованим, а величина його сильно залежить від температури. Можна вважати, що Ізв збільшується удвічі при підвищенні температури на кожні 10 градусів.

Для зменшення некерованого струму колектора треба, щоб концентрація домішок в колекторі була порівняно невеликою. В цьому випадку ширина переходу колектора збільшується, і до нього без пробою можна прикласти велику напругу. Якщо збільшиться кількість електронів в базі, величина струму колектора теж збільшиться. Цього легко досягти, привідкривши емітерний перехід, тобто приклавши до нього невелику пряму напругу, плюс якої повинен бути прикладений до виводу бази, а мінус – до вивода емітера (рис. 6.4). При цьому відбувається інжекція неосновних носіїв в базу з емітера. Ці не основні для бази носії (в даному випадку – електрони), дифузують до переходу колектора, захоплюються ним і потрапляють в колектор, утворюючи керовану складову струму колектора. Величина цього струму залежить від того, скільки носіїв пройшло через емітерний перехід, тобто в кінцевому випадку від напруги між емітером і базою. Таким чином можна управляти струмом колектора, змінюючи невелику напругу Uеб між емітером і базою.

Оскільки перехід колектора для носіїв закритий, а проникаючі через базу носії є для нього неосновними, величина струму колектора практично не залежить від напруги Uкб між колектором і базою. Це означає, що напругу Uкб можна зробити значно більшою, ніж Uеб і, включивши в ланцюг джерела напруги колектора опір навантаження, отримати на ньому падіння напруги і потужність, значно перевершуючі управляючі напругу Uеб і потужність, що витрачається в ланцюзі напруги колектора. На цьому заснований принцип посилення сигналів за допомогою транзистора. Проте не всі носії, інжектовані емітером в базу, досягають переходу колектора. Частина з них рекомбінує в базі і через вихід бази повертається до джерела живлення, складаючи струм бази. Очевидно, що струм бази за рівних умов буде тим більше, ніж більше носіїв інжектовано. Значить, струм бази теж залежить від напруги на емітерному переході. Для того, щоб струм колектора по можливості менше відрізнявся від струму емітера, необхідно прагнути зменшення струму бази. Цього можна добитися двома шляхами:
1. концентрація основних носіїв в емітері звичайно вибирається значно більше, ніж концентрація основних носіїв в базі;
2. товщина бази робиться значно меншою, ніж дифузійна довжина носіїв. Практично товщина бази складає 10-20 мкм.
Все ці погіршує умови для рекомбінації носіїв в базі, завдяки чому струм бази на один – два порядки менше струму емітера.

МОДУЛЯЦIЯ ТОВЩИНИ БАЗИ
Як відомо, ширина р-n переходу залежить від напруги на ньому. Оскільки емітерний перехід зміщений в прямому напрямі, його ширина мала і зміни ширини при змінах напруги Uе не мають істотного значення. Перехід колектора, зміщений у зворотному напрямі, має порівняно велику ширину і зміни її при змінах напруги Uк дуже важливі для роботи тріода. Оскільки перехід колектора зосереджений в базі (як більш високоомному шарі), то прирости ширини практично рівні приросту товщини бази. Цей ефект називають модуляцією товщини бази або ефектом Ерлi. Подивимося, що можна чекати від цього.

По-перше, зміна товщини бази впливає на ту частку iнжектованих електронів, яка доходить до колектора, уникнувши рекомбінації. Чим менше товщина бази, тим ця частка більше. Значить, при незмінному струмі емітера міняються коефіцієнт передачі емітерного струму в ланцюгу колектора і, отже, підсилювальна здатність тріода.

По-друге, струм колектора виявляється функцією напруги колектора і цим обумовлено кінцевий опір переходу колектора.

По-третє, міняється заряд електронів в базі і, значить, по відношенню до напруги колектора перехід колектора має деяку дифузійну ємність додатково до звичайної бар'єрної ємності.

По-четверте, зміна товщини бази міняє час дифузії електронів через базу, тобто впливає на частотні властивості тріода.

По-п'яте, зміна товщини бази впливає на емітерну напругу при заданому струмі або на емітерний струм при заданій напрузі. Такий вплив називають внутрішнім зворотним зв'язком по напрузі. Причина цього зворотного зв'язку полягає в тому, що тепловий струм емітерного переходу Iео при тонкій базі обернено пропорційний її товщині. Тому напруга Uк, міняючи товщину бази, модулює струм Iео, а разом з ним всю вольт-амперну характеристику емітерного переходу. Отже, якщо одна з вхідних величин (Iе або Uе) задана, то друга виявляється функцією напруги колектора.

ПАРАМЕТРИ БІПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
Основною величиною, що характеризує якість транзистора, є коефіцієнт передачі струму емітера який інакше називається коефіцієнтом

посилення по струму в схемі із загальною базою і визначається як відношення приросту струму колектора до приросту струму емітера, що викликав його, при постійній напрузі колектора (постійність напруги Uк при зміні струму ∆i_к відповідає короткому перемиканню колекторного ланцюга по змінному струму). Іншою важливою величиною є коефіцієнт передачі струму бази, який інакше називається коефіцієнтом

посилення по струму в схемі із загальним емітером і визначається, як відношення приросту струму колектора до приросту струму бази при короткому замиканні ланцюга колектора (Uк=const або ∆Uк=0).

Оскільки транзистор має тільки три виводи, то по першому закону Киргофа можна записати

(6.1)
Цей закон справедливий також і для приросту струмів, тобто

(6.2)
Розділивши обидві частини рівності (6.2) на ∆i_к, отримаємо

або

,
звідки

(6.3)
Звичайно α≈0,9:0,97, тоді β має величину порядку декількох десятків.

ОПІР ЕМІТЕРНОГО ПЕРЕХОДУ
Нехай напруга колектора Uк має достатньо велику негативну величину: |Uк| >>φ_т, тоді

(6.4)
як бачимо цей опір обернено пропорційний до струму. При струмі Iе = 1 мА, воно складає близько 25 Ом. При менших струмах опір r_е – до сотень і тисяч Ом.

ОПІР ПЕРЕХОДУ КОЛЕКТОРА
Величина r_к, як відомо, обумовлена ефектом модуляції товщини бази

(6.5)
де Ng – концентрація донорів, ω – ширина бази, L – дифузійна довжина, γ – коефіцієнт інжекції дірок. Помітимо, що опір rк, як і опір rе при струмі Iе = 1мА залежить від ряду параметрів, у тому числі від напруги Uк (практично величина rк при Uк = 53 складає від 0,5 до 2 МOм).

КОЕФІЦІЄНТ ЗВОРОТНОГО ЗВ’ЯЗКУ ПО НАПРУЗІ

(6.6)
Знак мінус говорить про те, що збільшення напруги (по модулю) зменшує напругу.

Співвідношення, що зв'язує чотири внутрішні параметри тріода, має вигляд:

(6.7)
Помітимо, що іноді зворотний зв'язок по напрузі відображають не еквівалентним генератором ЕРС μ_екUк, а додатковим опором в ланцюзі бази, включеним послідовно з r_б. Величина цього додаткового опору, який називається дифузійним опором бази (r_бд) визначається:

(6.8)

ОБ’ЄМНИЙ ОПІР БАЗИ
Ідеалізуємо структуру тріода так, як показано на рис.6.5.

Як бачимо, базовий струм (якщо вважати, що він протікає від активної області до периферії) зустрічає різні опори на трьох ділянках. Внутрішня ділянка є диском з товщиною ω1 і радіусом r1, друга і третя ділянка є кільцями ω2 і ω3 і зовнішнім радіусом r2 и r3.
Додаючи опори всіх трьох ділянок отримаємо

(6.9)
де ρ_б – питомий опір.
Нехай, наприклад, ρб = 5 ом * см; ω1 = 40 мк; ω2 = 5ω1; ω3 = 9ω1; r2 = 1,5r1; r3 = 5r1, - тоді rб ≈ 140 ом. Практично у всіх тріодів головну роль грає внутрішня ділянка (активна область бази), що має найменшу товщину.

ТЕПЛОВИЙ СТРУМ КОЛЕКТОРА
Запропонувавши Ie = 0 і |U| >> φт, отримаємо

(6.10)
де L - дифузійна довжина, S - площа бази, q – заряд, ρ0 - рівноважна концентрація носіїв.
У формулі (6.10) не облікована електронна складова струму, яка при умові ρ_к << ρ_б неістотна.

ІНВЕРСНІ ПАРАМЕТРИ
Розрахунок інверсних параметрів ускладнюється тим, що інжекція з боку колектора означає розповсюдження дірок не тільки в активній області бази, але і в напівпасивній області, тобто в кільці (рис. 6.5). Звичайно площа емітера і колектора розрізняються в 2-3 рази, так що роль напівпасивної області виявляється вельми істотною.
Очевидно, що значна частина інжектованих дірок не потрапляє на емітер і буде рекомбінувати на поверхні, що прилягає до емітера, а також в об'ємі пасивної області бази. Це означає зменшення ефективного часу життя і дифузійної довжини.

Відповідно, зменшується і величина α < , причому практично коефіцієнт лежить в межах 0,75 – 0,9.

БАР’ЄРНІ І ДИФУЗІЙНІ ЕМНОСТІ
Зміни емітерної і колектора напруг викликають зміни зарядів в базі і переходах. Відповідно кожний з переходів можна вважати зашунтованим еквівалентною емністю. Їх умовно розділяють на бар'єрну і дифузійну. Перша привалює при зворотному включенні (перехід колектора), друга – при прямому включенні (емітерний перехід). Бар'єрну емність емітерного переходу Це можна приблизно оцінити

де – рівноважна ширина переходу - контактна різниця потенціалів (або дифузійний потенціал). Нагадаємо, що струм, що заряджає бар'єрну емність, утворюється основними носіями і тому не передається в колектор. Дифузійну емність емітера можна визначити по формулі

Наприклад, якщо t = 0,15 мкс и r_е = 25 Oм, то

≈ 4000 пф.

Бар'єрну емність переходу колектора Ск. п. можна визначити по формулі

Дифузійна емність переходу колектора

Якщо τ = 5 мк сек. і r_к = 1 MOм, то С_к.д. = 5 пф.
Звичайно дифузійна емність емітерного переходу у декілька разів більше бар'єрної емності переходу колектора. Проте емність емітерного переходу шунтується малим опором rе, тому вона робить слабий вплив на роботу в діапазоні високих частот. Дифузійна емність переходу колектора значно менше дифузійної емність переходу. Для більшості транзисторів виконується нерівність Ск.д << Ск.п. Тому вважають, сто колектор зашунтований лише емністю Ск.п. В довідниках приводиться емність колектора Ск = Ск.п., зміряна між висновками колектора і базового. Ця емність близька до емності Ск.п. і робить істотний вплив на роботу транзистора в діапазоні високих частот.

ω3 = 9ω1; r2 = 1,5r1; r3 = 5r1, - тоді rб ≈ 140 ом. Практично у всіх тріодів головну роль грає внутрішня ділянка (активна область бази), що має найменшу товщину.

СПОСОБИ ВКЛЮЧЕННЯ БІОПОЛЯРНИХ ТРАНЗИСТОРІВ
Транзистор можна включити в схему трьома способами: із загальною базою (ЗБ) (рис. 7.1а), із загальним емітером (3Е) (рис. 7.1б), із загальним колектором (3К) (рис. 7.1в).

в схемі з ЗБ за основний загальний електрод, від якого відлічуються напруги Uе і Uк, приймається база, ланцюг емітера є вхідним, а колектора вихідний.

В схемі з ЗЕ вхідний і вихідний є відповідно базовий і колектор ланцюги. Вихідними параметрами для схеми з ЗЕ є струм бази Iб і напруга, прикладена між Uбе, а вихідними параметрами – струм колектора Ік і напруга Uое. Схема з ЗЕ отримала найбільше розповсюдження при побудові транзисторних пристроїв. Статичні характеристики транзистора, що приводяться в довідниках, є графіками експериментально отриманої усередненої залежності між струмами, що протікають в ланцюгах електродів транзистора, і напругами, прикладеними до електродів. При побудові характеристик за незалежні змінні можна приймати або струми, або напруги. Більш зручним є змішане завдання незалежних і залежних змінних. В якості незалежних змінні використовують.

Як видно, із збільшенням Uбе всі струми збільшуються, оскільки емітерний перехід відкривається і посилюється потоки 1 і 3 (рис. 7.4). В нормальному режимі включення транзистора струм іб порядок менше струмів іе і ік. Практичний інтерес представляє початкова ділянка цих характеристик (рис. 7.3). При напрузі U_бе = 0 потоки 1 і 5, а також 3 і 7 взаємно компенсують один одного, а потоки 6 і 8 переважають над потоками 1 і 2. В результаті через перехід колектора протікає струм колектора, що має позитивний напрям. Оскільки він створюється неосновними носіями, то сильно залежить від температури. При кімнатній температурі він обчислюється декількома одиницями або десятками мікроампер. Замикаючись через ланцюги емітера і бази, він створює в ланцюзі емітера струм позитивного напряму, а в ланцюзі бази – негативного. Можливість проходження струму через емітерний перехід при U_бе = 0 пояснюється тим, що негативний базовий струм створює на опорі бази r_б падіння напруги – i_бr_б, яке і відкриває емітерний перехід.

При збільшенні U > 0 посилюються потоки основних носіїв зарядів 1 ік 3 іе струми iк і iе зростають. Негативний струм бази зменшується, оскільки збільшується його позитивний компонент, визначуваний дірчастим потоком 3 і струмом, що виникає при рекомбінації електронів потоку 1. Напруга Uбео, при якій базовий струм проходить через нуль, називається напругою замикання базового струму і обчислюється декількома десятками мілівольт. При Uбе > Uбе базовий струм стає позитивним і швидко зростає.

Струм колектора при Uбе = Uбео замикається через ланцюг емітера і називається початковим скрізним струмом колектора iк.ео. Цей струм на один – два порядки перевищує струм при Uбе = 0 і також сильно залежить від температури.
При Uбе <0 емітерний перехід замикає і при деякому Uбе струм iе = 0. При цьому зменшується і струм колектора, оскільки збільшується опір ланцюга, через які він замикається. Струм колектора iко, відповідний нульовому значенню емітерного струму, замикається через ланцюг бази і називається початковим струмом колектора.

Подальше збільшення негативного Uбе приводить до насичення емітерного струму (він визначається тільки потоками неосновних носіїв 5 і 7). Постійними залишаються струми i_б і i_к.

</0>

1 2 3 4 5 6 7 8

Схожі:

Характеристика групи №46 У 46 групі навчається 25 учень, всі хлопці. Вік дітей 15-17 років. Класний керівник Моргун Роман Володимирович	Конспект з філософії Виконав: студент групи ЗІК-01 Гуськов П. А. Київ-2011 ...
1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував занаття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...
Методические указания по развитию навыков чтения и устной речи по... Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	Курсової роботи обирається за порядковим номером із переліку робіт... Цивільного та сімейного права України або пов’язана з його професійною діяльності. Самовільна зміна теми курсової роботи без дозволу...
Тема: "Раціоналізм або емпіризм" Виконав студент 12ПМ Шрамко Євген... Введення	СКЛАД Валерій Володимирович заступник міського голови, заступник голови конкурсної комісії
Максим Максимович – «маленька людина» з великою душею. (Роман М.... ...	Вибір варіанту здійснюється від позиції прізвища виконавця в списку... Поняття населення держави і його склад. Громадянство і його значення в сучасних міжнародних відносинах

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання