Физика \ Физические основы микроволновой электроники

Получение навыков количественных оценок эффектов и явлений в структуре полупроводников и интегральных микросхем, страница 29

В реальных транзисторных структурах при работе с сигналами наблюдается эффект Эрли. Переменный сигнал в коллекторной цепи мгновенно меняет значение напряжения. При этом изменяется толщина переходной области.

1. Большое сопротивление базы создает внутреннюю обратную связь.

2. Модуляция толщины базы приводит к самовозбуждению каскада.

Лекция №30

Параметры транзисторов

Любой полупроводниковый прибор характеризуется системой параметров. Они используются для обоснованного выбора элементарной базы для обеспечения надежности функционирования прибора и выполнения схемотехнических расчетов.

Параметры транзисторов:

1. Коэффициент передачи тока в схеме ОБ:

- дифференциальный коэффициент передачи тока (для малых приращений токов).

Используется понятие интегрального коэффициента передачи тока:

(активный нормальный режим)

- используется для режима большого сигнала.

Зависимость имеет вид:

Вид зависимости меняется в зависимости от области применения транзистора.

При малых значениях в микрорежимах падает, так как

1). уменьшается коэффициент диффузии;

2). мы учитываем только неосновные носители, инжектируемые в базы из эмиттера. Токи из эмиттера в базу и из базы в эмиттер уравновешиваются. Коэффициент инжекции уменьшается. Коэффициент передачи тоже падает.

В области больших токов: сопротивление база-эмиттер уменьшается. Это сказывается на .

Вывод: нельзя достичь большого усиления в области очень больших и очень малых токов.

Если коэффициент усиления зависит от уровня сигнала, то это означает режимную нестабильность рабочей точки.

2. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода:

Прямое смещение прикладываемое к эмиттерному переходу падает непосредственно на p-n переходе, то есть - сопротивление прямо смещенного p-n перехода (переход эмиттер-база).

3. Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:

Сопротивление изменяется в пределах Мом. Эта величина входит в состав физической эквивалентной схемы.

4. Коэффициент, учитывающий внутреннюю обратную связь

Выходной сигнал коллекторной цепи – это сигнал с большим размахом. Происходит модуляция толщины базовой области и ее проводимости. Меняется базовый ток в коллекторной цепи. Если управление происходит со стороны эмиттера, базовый ток меняется. Коллекторная цепь заставляет меняться базовый ток синхронно с изменением входного сигнала. В нормальном режиме управление должно происходить со стороны эмиттера.

5. Объемное сопротивление базовой области

При высоких уровнях инжекции базовая область насыщается носителями. Ее сопротивление падает в несколько раз. По мере уменьшения концентрации носителей оно снова возрастает.

Графическая интерпретация:

Нормальный активный режим

Нормальный инверсный режим

Режим насыщения

Время рассасывания носителей в базе является причиной невозможности работы транзистора на высоких частотах. Эта проблема была частично решена с введением транзистора Шоттки.

6. Коэффициент передачи тока базы:

где - коэффициент переноса;

- коэффициент инжекции.

выступает как величина, определяющая , и как величина, зависящая от .

где - толщина базовой области;

D – коэффициент диффузии.

Временная характеристика:

где t - эффективное время жизни носителей в области базы;

- характеристическая для данного транзистора величина – постоянная времени коэффициента передачи тока эмиттера; для схемы с ОБ – время, в течение которого величина достигает стационарного значения.