Биполярный транзистор, принцип действия, физические процессы в структуре с двумя взаимодействующими переходами

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 20Следующая ⇒

Биполя́рныйтранзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы 2 p-n перехода и перенос заряда в приборе осуществляется носителями 2 видов — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный

Принцип действия основан на создании транзитного потока носителей заряда из эмиттера в коллектор и управления выходным током(коллекторного) за счет входного(эмиттерного).

Физ процессы:

Один переход влияет на другой-транзистор работает, это возможно при Lдиф>>Wб(диф длина много больше ширины базы)

База всегда электронейтральна!!!

Rэм<Rк(всегда много меньше) Для того чтобы инжекция проходила в одну сторону.

Распределение потока: при приложение прямого напряжения высота барьера уменьшается и дырки переходят в область базы, это движение дырок создает дырочную состовляющую тока Iэр(эмиттерный ток)

Электроны движутся из n в p то создается Iэn.

Коэффициенты инжекции и переноса носителей заряда,коэффициент передачи тока биполярного транзистора. Основные уравнения. Активный режим работы,режимы отсечки и насыщения,инверсное включение.

. Коэф-ты инжекции и переноса н.з. Коэф-т передачи тока БПТ.

Основой работы любого транзистора является : 1)малая толщина базы 2)базовая область является всегда более высокоомной(слабо легированной) по сравнению с другими областями.

,- показывает , какую часть составляет полезный ток инжекции электронов из эмиттера в базу в полном токе эмиттера, где I_ЭР– дырочная компонента эмиттерного тока и I_ЭN-электронная компонента эмиттерн тока

- показывает какая часть электронов инжектируемых из эмиттера в базу , достигает коллекторн перехода

Рассмотрим активный режим (А):

Uкб<0

Iко = Iкбо (тепл ток примерно = обр току)

С учетом этих усл формулы имеют вид:

(3.18)

(3.19)

Коллекторное U не влияет на токи,=>, выходные хар-киявл эквидистантными (расп на один раст)

Рассмотрим режим насыщения (Н):

Хар-ся Iк за счет встречной инжекции НЗ со стороны К в Б. Эти дырки компенс дырки, инжект из эмит в базу, пока не до нуля.

Область насыщения – второй квадрант, т.к. Uкб=Uвнеш + . Если Uвнеш=0, дырки все еще переходят. Когда

Uвнеш = - , т.е. скомп. при изм на «+» знака Uкб.

Рассмотрим режим отсечки (О):

Оба перехода в обр направлении

Iэ = 0 Iк = Iкб: ток коллектора и его хар-ки = ВАХ p-n перехода

В этом режиме сопр-ия очень велики, а токи – малы.

Входная ВАХ:

С Uкбхар-ка, засчет ЭМТБ т.е. I смещается

Эффект модуляции толщины базы.

Т.к. эмиттерный переход смещен в прямом направлении, его ширина мала и изменение этой ширины при изменении не имеет существенного значения. Коллекторный переход смещен в обратном направлении и имеет большую ширину. Поэтому изменение ширины перехода при изменении напряжения Uk играет важную роль для работы p-n-p - структуры.

Поскольку коллекторный переход в основном сосредоточен в базе, (как более высокоомной области), то приращения его ширины вызывают практически равные им приращения толщины базы W. В результате получается зависимость: W == f (Uk), которую называют модуляцией толщины базы или эффектом Эрли.

Эффект модуляции толщины базы оказывает влияние на работу р-n-р - структуры следующим образом:

1. Изменение толщины базы влияет на ту долю инжектированных носителей заряда (дырок), которая доходит до коллектора,избежав рекомбинации. Чем меньше толщина базы, тем больше эта доля, т.е. при неизменном токе эмиттера модуляция толщины базы приводит к изменениям тока коллектора.2. Модуляция толщины базы сопровождается изменением заряда дырок в базе, т.е. имеет место зависимость заряда (в базе) от коллекторного напряжения б = f(uk), следовательно (об-ратносмещённый) коллекторный переход обладает диффузионной емкостью дополнительно к обычной барьерной.

3. Модуляция толщины базы меняет время диффузии дырок через базу, тем самым напряжение uк влияет на частотные свойства транзисторной структуры.

Увеличение по модулю напряжения Uk ведёт к уменьшению толщины базы на величину dWм. А это приводит к увеличению градиента концентрации дырок в базе: grad Р = dp/dx.

Следовательно, при изменении напряжения на коллекторе происходит изменение тока эмиттера, что, в свою очередь ведет к изменению напряжения на эмиттере. Другими словами: в транзисторной структуре с двумя взаимодействующими переходами существует внутренняя обратная связь по напряжению.4. Пробой перехода может происходить не только в результате лавинной ионизации, но и в результате сужения базы ввиду модуляции её толщины. Если коллекторный переход расширится настолько, что ширина базы сделается равной нулю, то переходы транзистора сомкнутой, и ток будет беспрепятственно проходить из эмиттера в коллектор, Т.е. наступит пробой. Такой эффект называют эффектом смыкания.

47.Математическая модель биполярного транзистора.СхемаЭберса-Мола

В качестве такой модели наибольшее распространение получила модель Эберса-Молла, которая основывается на уравнении диода (уравнении Шокли). Эта модель при достаточно высокой точности является наименее сложной (содержит минимальное количество элементов с легко измеряемыми параметрами).

Общая эквивалентная схема транзистора, используемая при получении математической модели Эберса-Молла, показана на писунке.

Каждый переход транзистора p-n-p типа представлен в виде диода, а их взаимодействие отражено генераторами токов, где:

α_I – инверсный коэффициент передачи тока (из коллектора в эмиттер);

α_N – нормальный коэффициент передачи тока (из эмиттера в коллектор)

α_NI₁ – генератор коллекторного тока при нормальном включении;

α_II₂ – генератор эмиттерного тока при инверсном включении.

Различают два основных типа моделей транзистора:

1. Математическая модель, которая даёт символическое математическое описание процессов в транзисторе. Это абстракция, позволяющая лишь мысленно анализировать процессы, происходящие в транзисторе. Однако эта модель отражает с требуемой точностью реальные процессы в приборе.

2. Физическая (аналоговая) модель, в которой физические процессы в транзисторе заменяют другими, более удобными для исследования.

Это реальное физическое устройство для изучения процессов в моделируемом объекте.

Возможности математических моделей по исследованию процессов в транзисторах значительно превышают возможности физических моделей.

С помощью математической модели можно без больших материальных затрат провести анализ многих вариантов построения транзисторов и транзисторных цепей.

Поэтому основным типом модели транзистора является математическаяили в дальнейшем просто «модель».

Все «модели» транзистора,взависимости от исследуемого режима работы транзистора, могут быть разделены на два класса:

1. Статические модели, описывающие свойства транзистора на постоянном токе (модели в режиме большого сигнала);

2. Динамические модели, описывающие свойства транзистора на переменном электрическом сигнале при малых амплитудах сигналов (модели в режимах малых сигналов).

Критерием малого сигнала при построении моделей принято считать амплитуды переменных напряжений, действующих в цепи база-эмиттер, достаточно меньших по сравнению со значением температурного

Дата добавления: 2018-05-13; просмотров: 634; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!