Получение навыков количественных оценок эффектов и явлений в структуре полупроводников и интегральных микросхем, страница 28

3.  Высокочастотные с малой рассеиваемой мощностью;

4.  Высокочастотные с большой рассеиваемой мощностью;

Интегральные транзисторы отличаются от дискретных не только технологией, но и другими признаками. Стремление обеспечить наилучшее сочетание свойств транзисторов привело к тому, что для каждого транзистора в составе конкретной схемы разрабатывают свою топологию. Вся интегральная схемотехника разрабатывается под микрорежимы.

Модель Эберса-Молла

При создании транзистора возник вопрос о моделировании физических процессов, протекающих в нем. Эберсом и Моллом была создана такая модель.

I₁ – ток инжекции;

I₂ – ток, который протекал бы в прямом направлении через переход коллектор-база, если бы он был смещен в прямом направлении.

Цель исследования модели является получение математических соотношений между входными и выходными токами и напряжениями.

,  - обратные (тепловые) токи переходов эмиттер-база и коллектор-база при замкнутых противоположных вывода, то есть

Между тепловыми токами существует соотношения:

Следовательно,

 - коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с общей базой в режиме короткого замыкания.

, где  - коэффициент инжекции эмиттера,

 - коэффициент переноса, показывающий, какая доля неосновных носителей из базы достигает коллекторного перехода,

Лекция №29

Характеристики биполярного транзистора

Любой полупроводниковый прибор может применяться, только когда известны его электрические параметры. Биполярный транзистор характеризуется набором статических и динамических параметров – электрических параметров. Для их задания используют входные и выходные характеристики.

Входные характеристики – это зависимости входного тока от входного напряжения. Для схемы с общей базой – это зависимость тока эмиттера от напряжения эмиттер-база, при постоянном напряжении между коллектором и базой. Выходной характеристикой для схемы с общей базой будет зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-база при постоянстве входного параметра – напряжения эмиттер-база.

Преимущество модели Эберса-Молла состоит в том, что она позволяет определить все необходимые параметры. Одной из центральных проблем транзисторной схемотехники является проблема температурной стабильности.

Для схемы с общей базой:

.

Пусть ,  тогда

Графическая интерпретация:

При I_э = I_э0 напряжение U_эб = 0, затем I_э возрастает – это прямая ветвь; при отрицательных значениях U_эб – обратная ветвь.

Рассмотрим выражение для I_к:

При  получается ВАХ обычного p-n перехода. Рабочий участок имеет отрицательное смещение.

Семейство коллекторных характеристик представляет собой практически вид прямых линий. Этот вид выходных характеристик позволяет определить:

1.  электрические параметры транзистора;

2.  режимы транзисторов в составе схемы.

Пусть транзистор, включаемых по схеме с ОБ в коллекторной цепи, содержит нагрузочное сопротивление R_н.

R_н

U = 5 В

R_н = 1 кОм

Если есть нагрузка, то результат определяется как суперпозиция двух характеристик, определяется рабочая точка так, чтобы она занимает симметричное положение.

Режимы работы транзисторов

Модель Эберса-Молла позволила получить описания режимов работы. Они отличаются знаками и направлениями смещения эмиттерного и коллекторного переходов. Наиболее распространенные пара: эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный – в обратном, то есть

следовательно,

В результате эквивалентная схема транзистора в активном режиме имеет вид:

В уточненной схеме мы включаем сопротивления областей эмиттера, коллектора и базы. Область эмиттера является областью с повышенной концентрацией примесей и ее распределенное сопротивление мало (единицы Ом). Этим сопротивлением пренебрегают. Сопротивление коллекторной области составляет около ста Ом. Сопротивление базы изменяется в пределах от 40-50 до 200-800 Ом. На высоких частотах это является одной из основных причин слабого усиления.