Дрейфовые транзисторы их параметры, преимущества и недостатки

(2.2.29)

Учитывая, что , окончательно можно записать

(2.2.30)

(2.2.31)

Полученные выражения позволяют определить коэффици

ент передачи тока базы для нормального активного режима. Ток базы транзистора

(2.2.32)

где первые две составляющие тока базы определяются выражениями (2.2.19), (2.2.30), (2.2.31) , а третья (связана с рекомбинацией в ОПЗ) в соответствии с[4]

(2.2.33)

Интегральный коэффициент передачи тока базы

(2.2.34)

Подставив в (2.2.34) выражения (2.2.19), (2.2.30), (2.2.31), (2.2.33) и (2.2.11) и выполнив необходимые преобразования[4], получим

(2.2.35)

где IRS=I2R)/IЭns—характеристический ток влияния рекомбинации носителей заряда в ОПЗ эмиттера.

Так как в данной постановке задачи IK≈IЭ=Inx, выражение (2.2.35) определяет зависимость β от тока коллектора. Первый член выражения (2.2.35) обусловлен рекомбинационными потерями электронов в объеме базы, второй член—дефектом инжекции эмиттера, третий — наличием рекомбинации носителей заряда в ОПЗ эмиттера. Зависимость β(Iк) для мощного транзистора показана на рис. 2.2.2.

Зависимость коэффициента передачи тока от тока коллектора.

Рис. 2.2.2

Спад β в области малых токов обусловлен рекомбинацией носителей заряда в ОПЗ эмиттера от тока коллектора(третий член), а спад β в области больших токов—уменьшением коэффициента инжекции (второй член). Кроме явной зависимости β(Inx) необходимо иметь в виду, что постоянная накопления τF резко возрастает в области больших токов из-за влияния эффекта Кирка и квазинасыщения. Возрастание τF и уменьшение ik.f == QB0/ τF в области больших токов усиливают спад β.

Зависимость коэффициента передачи тока β от напряжения коллектор—эмиттер Uкэ обусловлена рядом эффектов, связанных с изменением границы ОПЗ коллекторного перехода x1к при изменении Uкэ. При малых плотностях тока основную роль играет расширение ОПЗ коллектора в область базы, за счет чего изменяется толщина квазиэлектронейтральной базы (эффект Эрли). В области повышенных плотностей тока и небольших напряжений Uкэ начинает сказываться эффект Кирка и эффект квазинасыщения. При больших обратных напряжениях UКЭ дополнительное возрастание β связано с явлением лавинного размножения носителей заряда в ОПЗ коллектора.

3. Влияние неравномерного распределения примесей в базе на параметры дрейфового транзистора

Увеличение скорости движения носителей через базу в первую очередь уменьшает пролетное время. Влияние дрейфового поля проявляется и в выравнивании скоростей носителей. Разброс в скоростях и этом случае оказывается не так высок, как в случае чисто диффузионного движения, где все определяется только тепловыми скоростями. В результате падение коэффициента переноса β до уровня 0,707 должно произойти на частоте, существенно превышающей частоту юр бездрейфового транзистора с той же толщиной базы.

Увеличение предельной частоты приводит к изменению основных фазовых соотношений. Фазовый сдвиг на частоте юр оказывается несколько больше, чем для бездрейфового транзистора. Формула для частотной зависимости коэффициента переноса примет вид

(3.1)

где т =0,5— 0,8, β-коэффициент переноса.

Расчетным путем получено и подтверждено экспериментально, что для большинства дрейфовых транзисторов, германиевых и кремниевых, т =0,6. Фазовый угол φβ может быть рассчитан из соотношения

(3.2)

где К=0,5·ln(NЭ/NК)-показатель перепада концентрации.

Зависимость предельной частоты ƒβ от перепада концентрации может быть аппроксимирована одним из следующих выражений[5]:

(3.3)

или

(3.4)

Так как множитель перед скобками представляет собой предельную частоту коэффициента-переноса бездрейфового транзистора ƒβ0, то (3.3) и (3.4) можно переписать в следующем виде:

(3.5)

Или

(3.6)

Первое выражение проще, но хорошо отражает зависимость ƒβ от перепада концентрации только при NЭ/NК > 100. Второе выражение дает лучшую аппроксимацию в более широком диапазоне изменения перепада концентраций.

Полагая NЭ = 1017 см-3 и NК = 1014 см-3 (NЭ/NК=1000), получаем, что предельная частота коэффициента переноса дрейфового транзистора будет в этом случае более чем в 6 раз превышать предельную частоту коэффициента переноса бездрейфового транзистора.

Поскольку дрейфовые транзисторы могут иметь очень высокие значения предельной частоты ƒβ, то расчеты показывают, что в этом случае уже нельзя полагать эффективность эмиттера частотно-независимой и считать, что ƒβ≈ fa. Так как эмиттерный переход шунтирован зарядной емкостью, то на достаточно высоких частотах токи смещения через переход могут оказаться соизмеримыми с токами инжекции.

Для того чтобы оценить роль эффективности эмиттера, рассмотрим конкретный пример транзистора типа р-п-р с концентрацией у эмиттера, равной NЭ = 1017 см-3, диаметром эмиттера dЭ = 0,3 мм (SЭ = 0,07 мм2), толщиной базы W = 10 мкм и концентрацией у коллектора NК = 1014 см-3.

Предельная частота ƒβ такого триода будет равна (на основании предыдущего примера)

ƒβ= ƒβ0· 6=1700/100=17·6 ≈100 Мгц.

Удельная емкость эмиттерного перехода

Емкость эмиттерного перехода может быть найдена из соотношения[5]

Вычисленное значение контактной разности потенциала эмиттерного перехода при комнатной температуре (kT/q=0,026в) для сплавного перехода с концентрацией акцепторов в области эмиттера, равной 1019 см-3 , будет равно

Связь между током эмиттера и напряжением на эмиттере определяется соотношением

Задаваясь значениями тока эмиттера, рассчитаем rЭ, СЭ и предельную частоту fy, определяемую по спаданию ‌γ׀ в раз (), на основании простейших соотношений для бездрейфового транзистора.

 Скачать реферат