Э БК кк КК Э БК

Интегральные биполярные транзисторы (ИБТ).

АКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ АИС

Структуры транзисторов.

npn-ИБТ pnp-ИБТ

Э Б К П К Э Б П

^{n+ p n+ p p+ p+ n+ p}

p n p _n+

_n+

n-p-n p-n-p (вариант 1)

p-n-p (вариант 2)

ПТ

И З С П БК

_{n+ p n+ ð+}

_{n p} Э К n

МДПТ

П И З С И З С П(+U_ИП)

n+ p n+ n p+ p+

Электрические характеристики транзисторов. (Все выводы на примере npn- ИБТ).

Считаем ИБТ идеальным прибором. Можно измерить экспериментально две ВАХ прибора: входную и выходную. В аналоговых схемах используют транзисторы только в нормально активном режиме работы (НАР).

I_К I_К НАР I_Б

U_БЭ U_КЭ

Нелинейные ВАХ идеального ИБТ для НАР хорошо описываются следующей системой уравнений Эберса-Молла:

I_Э = I_Э0exp(U_БЭ/j_T),

I_Б = I_Б0exp(U_БЭ/nj_Т),

I_К = = I_К0exp(U_БЭ/j_T).

Хорошо известны соотношения между токами ИБТ для НАР:

I_К = b_NI_Б, I_К = a_N I_Э, U_БЭ = j_Tln(I_Э/I_Э0).

Будем считать, что используются транзисторы с большими значениями коэффициента

усиления b, поэтому a_N @ 1, а I_К @ - I_Э.

Усилительные параметры транзистора зависят от площади эмиттера, тока эмиттера,

Температуры и частоты сигнала.

a_N, b_N = f(А_Э, I_Э, w, T).

M, ,

m = 2 - 4.

Б I_K I_К = ß_NI_Б b_N=f(A_Э)

I_Б I_Э I_Б I_Э пов.рекомб. оттесн. Э-тока

модуляция r_б и w_Б

g¯

I_Э

В рабочей области ИБТ в АИС будем считать коэффициенты усиления постоянными. Нелинейность характеристик транзистора учитывается при помощи определения дифференциальных проводимостей.

Для понимания работы ряда схем удобно рассматривать транзистор, как прибор с передаточной проводимостью (I_K = f(U_БЭ)), т.е. зависимостью выходного тока от входного напряжения. (Пример для схемы с общим эмиттером, ОЭ)

Для ИБТ определяются следующие проводимости транзистора g_ij (иногда их называют крутизнами S). Все параметры получаются в результате дифференцирования соответствующих уравнений Эберса-Молла:

входная динамическая проводимость g_ЭБ = dI_Э/dU_ЭБ @ I_Э/j_T = g_m;

входная динамическая базовая проводимость g_БЭ = dI_Б/dU_БЭ = I_Б/nj_T =

= I_K/bj_T= g_m/b;

передаточная динамическая проводимость g_m = dI_K/dU_БЭ = -I_K/j_T = g_m;

выходная динамическая проводимость g_КЭ = dI_К/dU_КЭ =

= (dI_К/dI_К0)(dI_К0/dW_Б^*)(dW_Б^*/dU_КБ)(dU_КБ/dU_КЭ)»

» [exp(U_БЭ/j_T)](-I_К0/W_Б^*)× (dW_Б^*/dU_КБ)×1.

Введем параметр «напряжение Эрли» U_A или коэффициент модуляции ширины базы:

1/U_A = - (1/W_Б^*)(dW_Б^*/dU_КБ), величина U_A = -100 … - 300 В.

Напряжение Эрли, характеризующее величину модуляции ширины базы, можно определить при помощи экспериментальних ВАХ ИБТ:

I_K

-

- U_A U_КЭ

Величина тока коллектора сильно зависит от U_БЭ и почти не зависит от U_K, слабая зависимость I_K = f(U_K) проявляется через эффект Эрли (модуляции ширины базы), можно записать:

I_К0 = f(W_Б^*), W_Б^* = (W_{бметаллург.pn} - W_{ОПЗ в Б обл.}), I_К0 = 1/W_Б^*;

Теперь выходная проводимость

g_КЭ = [I_K0exp(U_БЭ/j_T)]/U_A = I_K/U_A.

динамическая проводимость коллектора g_K = f(g_КЭ) = I_К/U_K. Определение этого параметрапредставлено ниже.

Обратная величина проводимости – сопротивление, поэтому используют соответствующие определения динамических сопротивлений (примеры для схемы с ОЭ). Сделаем расчеты этих сопротивлений для величины тока 1 мА:

входное сопротивление (входной импеданс для малого сигнала)

r_Э = 1/g_m = j_T/I_K = 25мВ/1mA =25 Ом

при комнатной температуре.

Это собственное сопротивление эмиттера, всегда включенное последовательно в Э- цепи не позволяет выходному сопротивлению транзистора в схеме ЭП стать равным нулю, а коэффициенту усиления в той же схеме - превысить единицу.

в ходное динамическое базовое сопротивление

r_вх = 1/g_БЭ= b/g_m» 2,5 кОм;

Дата добавления: 2014-01-04