Физические параметры транзистора

При анализе работы схем на биполярных транзисторах широкое применение находят физические параметры транзистора, связанные с физическими процессами в нем. К физическим параметрам относятся дифференциальные сопротивления и емкости переходов, объемное сопротивление базовой области и коэффициенты обратной связи по напряжению. Используя эти параметры можно составить малосигнальные эквивалентные схемы реального транзистора для переменных токов и напряжений.

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется как отношение приращения напряжения на эмиттерном переходе к приращению тока эмиттера при коротком замыкании цепи коллектора по переменному току:

. (5.11)

Из модели транзистора по Эберсу-Молла следует, что при ток эмиттера

. (5.12)

На основе (5.12) находим:

. (5.13)

При прямом смещении эмиттерного перехода , тогда

.

Для комнатной температуры и при токе эмиттера равном 1мА имеем, что . Видно, что дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода невелико и уменьшается с ростом тока эмиттера.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода определяется аналогично как отношение приращения напряжения на коллекторном переходе к приращению тока эмиттера в режиме холостого хода цепи эмиттера по переменному току:

. (5.14)

В активном режиме ток коллектора протекает через обратно смещенный переход и слабо зависит от напряжения на этом переходе. Величина обычно достаточно велико и составляет сотни килоОм. Дифференциальное сопротивление коллектора в основном определяется эффектом модуляции ширины базы и токами утечки. Учитывая связь , можно получить

. (5.15)

Эмиттерный и коллекторный переходы характеризуются также емкостями переходов, которые, в общем случае, представляют собой сумму диффузионной и барьерной емкостей. В активном режиме в эмиттерном переходе преобладает диффузионная емкость и, поэтому

, (5.16)

где - время жизни неравновесных электронов. Эта емкость шунтируется малым дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода и ее влияние на работу транзистора начинает проявляться только на высоких частотах. Обратно смещенный коллекторный переход обладает, в основном, барьерной емкостью

, (5.17)

где l_К и S_К – соответственно ширина и площадь коллекторного перехода. Обычно эта емкость меньше емкости прямо смещенного эмиттерного перехода. Однако емкость С_К шунтируется значительным дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода и, поэтому, она значительно влияет на работу транзистора с ростом частоты сигнала.

Область базы в реальных транзисторах является низколегированной и обладает значительным омическим сопротивлением R_Б для тока, протекающего через базу. Полное сопротивление базы состоит из двух частей: из объемного сопротивления и диффузионного сопротивления , т.е.

. (5.18)

Величина объемного сопротивления базы определяется омическим сопротивлением активной области базы и, как показывают расчеты, может определяться соотношением:

, (5.19)

где - подвижность и р_Б – концентрация основных носителей тока-дырок в базе, d – активная ширина базы.

Диффузионное сопротивление базы возникает за счет изменения ширины базы из-за эффекта Эрли и оно учитывает внутреннюю связь в транзисторе. Расчет этого сопротивления довольно сложен и здесь не приведем. Отметим только, что в большинстве случаев справедливо << и диффузионным сопротивлением можно пренебречь.

Из-за сопротивления базы происходит перераспределение напряжения V_Э между эмиттерным переходом и сопротивлением базы, что ухудшает эффективность работы транзистора и повышает потери мощности входного сигнала. Для повышения эффективности необходимо уменьшать сопротивление базы, что может быть достигнуто повышением степени легирования базы. Это, в свою очередь, уменьшает коэффициент передачи тока, т.е. необходим определенный компромисс.

Как было показано выше, из-за эффекта Эрли в транзисторе возникает внутренняя обратная связь, т.е. изменение напряжения на коллекторном переходе вызывает изменение напряжения на эмиттерном переходе при условии поддержания постоянным тока эмиттера (). Это свойство транзистора характеризуется коэффициентом обратной связи по напряжению

, (5.20)

который составляет величину порядка 10^-2…10^-4, т.е. обратная связь в транзисторе очень мала, причем чем меньше значение , тем выше эффективность работы транзистора.

Дата добавления: 2015-05-06