Материал: LS-Sb89566

В идеализированном транзисторе ток коллектора IK не зависит от коллекторного напряжения UКБ, поэтому rК = ∞ и такой элемент в эквивалентной схеме идеализированного транзистора отсутствует. Во входной цепи транзистора стоит сопротивление эмиттера rЭ, которое представляет собой дифференциальное сопротивление открытого эмиттерного перехода. Используя выражение для входного тока

I = I exp qUЭБ −1 ,

Э Э0

kT

для rЭ можно получить:

Переходя к эквивалентной схеме реального транзистора, приведенной на рис. 6, а, отметим, что в реальных сплавных транзисторах необходимо учитывать объёмное сопротивление слаболегированной базы rБ′ . В идеализированной модели оно полагается бесконечно малым. В эквивалентной схеме реального транзистора это сопротивление является элементом обратной свя-

Рис. 6. Эквивалентные схемы биполярного транзистора для малого переменного сигнала

зи по напряжению входной и выходной цепей (см. рис. 6, а, б). Поскольку базовый ток в основном определяется процессами рекомбинации неосновных носителей в базе, он протекает перпендикулярно основному диффузионному потоку неосновных носителей от эмиттера к коллектору. Базовый ток течет параллельно поверхностям эмиттерного и коллекторного р–n -переходов и

- 16 -

замыкается через базовый вывод. Например в осесимметричной структуре, базовый ток течет радиально от центра структуры к базовому контакту на её периферии.

При расчете rБ′ сложные конфигурации базовых областей разбивают на простые элементы, для которых легко рассчитать сопротивление для заданного направления протекания тока. Сопротивление rБ′ определяют как сумму сопротивлений нескольких участков простой геометрической формы, включенных последовательно вдоль направления протекания базового тока. В табл. 2 приведены формулы для расчета объемного сопротивления rБ′ для простых геометрических форм (жирными стрелками указаны направления протекания базового тока).

В реальных транзисторах происходит модуляция толщины базы коллекторным напряжением: с увеличением обратного смещения на коллекторном переходе UКБ ширина слоя объемного заряда коллекторного перехода возрастает в основном за счет слаболегированной базы. На рис. 7 этот эффект проиллюстрирован на примере транзистора p–n–p -типа. На этом рисунке

- 17 -

показано распределение концентрации неосновных носителей в базе в активном режиме работы транзистора (например, распределение 1).

Эмиттер инжектирует в базу неосновные носители. Их граничная концентрация на эмиттерном переходе

Сужение базы под действием возрастающего коллекторного напряжения приводит к росту коэффициента переноса αП (см. формулу (2)) и к росту коллекторного тока:

- 18 -

IK = αIЭ + IКБ0 .

Здесь IКБ0 – обратный ток коллекторного перехода при IЭ = 0 .

Поскольку для сплавных транзисторов α = αП, то ∂α/∂w на основании формулы (2) с учетом (3) можно записать как

В результате модуляции толщины базы коллекторным напряжением в транзисторе возникает отрицательная обратная связь по напряжению, что учитывается в эквивалентной схеме генератором напряжения μКЭUɺКБ в эмиттерной цепи (см. рис. 6, а). Возникновение отрицательной обратной связи по напряжению поясняет рис. 7. Сравнив распределение концентрации неосновных носителей в базе для двух коллекторных напряжений при условии IЭ=const, легко увидеть, что рост обратного смещения на коллекторе вызовет уменьшение граничной концентрации на эмиттерном переходе, и, следовательно, уменьшение эмиттерного напряжения.

Коэффициент обратной связи по напряжению можно представить в виде

а также использовав (8), для μКЭ можно окончательно получить:

Для описания этой обратной связи чаще вместо генератора напряжения в эмиттерной цепи включают сопротивление rБ′′ в базовую цепь (см. рис. 6, б):

Замена генератора напряжения μКЭUɺКБ сопротивлением rБ′′ в базовой цепи приводит к изменению сопротивления эмиттера. Его новое значение rЭ′ можно определить, сравнив переменное входное напряжение UɺЭБ для двух эквивалентных схем (рис. 6, а, б) в режиме короткого замыкания по переменному току на выходе UɺКБ = 0 :

UɺЭБ = IɺЭrЭ′ + IɺЭ (1 − α)rБ′,

UɺЭБ = IɺЭrЭ′′ + IɺЭ (1 − α)(rБ′ + rБ′′). Из условия неизменности входного напряжения

rЭ′′ = rЭ′ − rБ′′(1 − α).

Барьерная емкость коллекторного перехода CК бар может быть рассчи-

тана по формуле для резкого несимметричного перехода [4]

нагрузки RН. С ростом частоты шунтирующее действие возрастает, что приводит к снижению коэффициента усиления по мощности. Частота, на которой коэффициент усиления по мощности становится равным 1, называется максимальной частотой генерации:

и является одним из параметров, характеризующих частотные свойства биполярного транзистора.

- 20 -