-Скрытый сл5й1*у р-тип

Ъ) 9/7 /С

Рис. 2.1. Интегральный биполярный транзистор:

а - структура транзистора с изоляцией р-п-пе-, реходом; б -ххема с паразитным транзистором р-п-р-типа

По теории транзисторов накоплен обширный материал, выполнено большое число научных исследований, результаты которых опубликованы в периодической литературе и систематизированы в монографиях и учебниках (см. [2, 3), поэтому в данном пособии полностью опущено детальное рассмотрение физической сути процессов, происходящих в транзисторе, а основное внимание уделено вопросам прикладного характера, позволяющим применить статические и динамические характеристики и параметры собственно транзистора к анализу стативе-ских и динамических характеристик и параметров электронных схем, выполненных с использованием транзисторов. . I

Статические характеристики и параметры. Статические вольт-амперные характеристики позволяют определить особенности

транзистора при его работе в а) q в к й) 91! 14 различных режимах и устано-

вить связь между напряже-

ниями на внешних выводах транзистора и токами базы, эмиттера и коллектора.

Различают следующие основные режимы работы транзистора, определяющиеся потенциалами на его переходах: нормальный активный (переход база - эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база - коллектор - в обратном); насыщения (оба перехода смещены в прямом направлении); отсечки (при работе в этом режиме оба перехода смещены в обратном направлении); инверсный активный (переход база - коллектор смещен в прямом направлении, а переход база - эмиттер - в обратном).

Статические характеристики транзистора и режимы его работы можно исследовать на какой-либо эквивалентной схеме. Известно большое количество эквивалентных схем транзисторов - от чрезвычайно упрощенных и весьма неточных до точных, но очень сложных и обычно не используемых в инженерных расчетах. При выборе эквивалентной схемы приходится учитывать не только ее точность, но и возможность использования. В пределах желаемой точности эквивалентная схема должна быть наиболее простой.

При построении эквивалентной схемы транзисторов наиболее широко используется нелинейная инжекционная модель Эберса - Молла. Эквивалентная схема по модели Эберса -Молла биполярного транзистора л-р-п-типа представлена на рис. 2.2.

Уравнения Эберса - Молла описывают статический режим идеализированного транзистора и получены при следующих допущениях: 1) величины объемных сопротивлений областей базы, эмиттера и коллектора пренебрежимо малы; 2) плотность токов инжекции мала; 3) не учитывается эффект модуляции ширины базы от изменения напряжения на переходе база - коллектор; 4) при любых напряже1шяхгт/фШз*т!Шток- чрез каждый пе-

?еход определяется суммой двух составляющих, одна из которых Обусловлена напряжением на переходе база - эмиттер, а вто-Лая - на переходе база - коллектор. Г Первые два допущения означают, что падение напряжения в т )анзисторе локализуется на р-п-переходах, а эффективность эмиттера не зависит от его тока. Из последнего допущения следует, что распределение концентрации носителей в базе насыщенного транзистора является суммой распределений концентраций носителей в базе для нормального и инверсного активных режимов включения транзистора.

Достоинство нелинейной инжек-ционной модели Эберса - Молла в том, что она позволяет «прочувствовать» процессы, происходящие в транзисторе. Диоды Д\ и Дг модели отражают переходы база - эмиттер и база - коллектор. Ток h -• ток, при заданном напряжении 7бэ протекающий через переход база-- эмиттер при закороченном переходе база- коллектор, т. е. при /бк= =0. Ток h - ток, при заданном напряжении 7бк протекающий через переход база - коллектор при закороченном переходе база-эмит-мер, т. е. при ;7бэ=0. Связь переходов через область базы показана с помощью управляемых источников токов al\ и aJi (а - интегральный коэффициент передачи тока эмиттера в коллектор для большого сигнала в схеме с общей базой при нормальном включении транзистора, а» - интегральный коэффициент передачи тока коллектора в эмиттер для большого сигнала в схеме с общей базой при инверсном включении транзистора) .

Применяя для узлов 1, 2 а 3 модели первый закон Кирхгофа, Получим:

/э=/,-а/2; (2.1)

/к-а/,-/; (2.2)

/Б=/э-/к=(1-«)/1+(1-а/)/2- (2.3)

Инжектируемые токи Ii и h связаны с напряжениями на переходах соотношениями, описывающими вольт-амперную характеристику диода:

/,=/;Bolexp(r)-ll; . ., (2.4)

Рис. 2.2. Эквивалентная схема биполярного транзистора по модели Эберса - Молла

/2= /кбо [exp ШбМ - 1].

(2.5)

где /эбо-обратный ток эмиттера при закороченном переходе база- коллектор; /кбо-обратный ток коллектора при закороченном переходе база - эмиттер; ffT=¥Jlq - температурный потенциал (К - постоянная Больцмана, q - заряд электрона, Т - абсолютная температура (см. [2])).

Поскольку в технической документации на транзисторы указываются обратные токи эмиттера /эбо и коллектора /бо соответственно при /к=0 и /д =0, выразим /эбо и I кбо через /эво и /кбо-

Из (2.1) при /э =0 получим /i=a,72, из (2.5) при С/бк<фт определим /2=-1кбо- Подставляя эти значения в (2.2) и полагая /к=/кБо. находим:

/кБо=/кБо/(1 - аа,); /эБО=/эБо/(1 -ааД

(2.6) (2.7)

Подставив значения токов h и /2 из (2.4) и (2.5) в (2.1) - (2.3), найдем зависимости /д (t/бэ, С/бк), /к(б:„ U(,k), 1ъ (бэ, бк), т. е. статические вольт-амперные характеристики транзистора:

(2.8)

г «эбо

1 - аа,-(1-а) А

I - аа/

(>-«-)-кбо

1 - аа/

1 - аа,-

(2.9)

(2.10)

Уравнения Эберса - Молла (2.8) - (2.10) справедливы для всех режимов работы транзистора и, несмотря на приближенность отражения реальных соотношений в транзисторе, очень полезны для анализа статических режимов. Наряду с этими уравнениями целесообразно использовать соотношение

ЭБО-

(2.11)

являющееся следствием принципа взаимности, который соблюдается в полупроводниковых приборах -в самом общем случае (см. [3]).

Напряжения [/бэ и Uuk (2.8) - (2.10) положительны, если р-п-