МГТУ имени Баумана

Кафедра Микроэлектроники

Пояснительная записка к курсовому проекту

Тема: Работа биполярных транзисторов в микрорежиме.

МОСКВА 2007

Оглавление

1. Введение

2. Эффекты низких эмиттерных напряжений

3. Малосигнальные эквивалентные схемы и параметры

4. Заключение

5. Литература

1. Введение

Наиболее важное свойство транзистора – свойство усиливать электрические сигналы. У этого прибора, обычно имеющего три вывода выходное сопротивление отличается от входного.

Усиление в теле полупроводника происходит за счет того, что сравнительно большой ток пропускается через область, весьма чувствительную к малым внешним токам или напряжениям. В биполярном транзисторе регулируемый ток поступает в эмитерную область, проходит сквозь чувствительную область базы и снимается с коллектора. Малые изменения тока базы или напряжения между базой и эмиттером могут вызывать большие изменения тока между эмиттером и коллектором.

Существуют два типа биполярных транзисторов: npn и pnp. Буквы обозначают тип примеси в эмиттерной, базовой и коллекторной областях соответственно. В npn – транзисторе неосновные для базы носители, электроны, должны диффундировать сквозь базовую область p-типа, проникая в коллекторную область n-типа.

Поведение транзистора приближенно описывается с помощью моделей. Построение моделей преследует следующие основные цели: объяснить поведение прибора и дать возможность это поведение предсказать; обеспечить проектирование приборов и схем с заранее известными рабочими характеристиками. Любая модель будет адекватно описывать поведение прибора в некотором диапазоне значений его параметров.

2. Эффекты низких эмиттерных напряжений

У транзистора, работающего в активном режиме, измерение зависимостей базового и коллекторного токов от напряжения на эмиттерном переходе позволяет выявить некоторые интересные особенности. Физический механизм работы транзистора таков, что результаты этих измерений проще всего анализировать при логарифмическом масштабе по оси тока и линейном - по оси напряжения. Типовые результаты измерений для усилительного интегрального npn-транзистора приведены на рис. 1. Отличное совпадение графиков токов Iс и Iв с прямыми линиями в средней части диапазона токов свидетельствует об их экспоненциальной зависимости от напряжения.

При малых напряжениях на эмиттерном переходе наклон линейной зависимости lgI_B от vb_E уменьшается. Экспериментальные данные показывают, что при приближении vb_E к нулю - базовый ток асимптотически стремится к кривой, описываемой следующим выражением:

(1)

В этом асимптотическом выражении значение параметра п обычно лежит в диапазоне от 1 до 2. Более того, значение параметра Iо превышает значение соответствующего множителя в экспоненциальном выражении, описывающем данную зависимость в средней части диапазона напряжений смещения эмиттерного перехода.

Источник дополнительного тока эмиттерного перехода при малых напряжениях смещения - это рекомбинация в области объемного заряда эмиттерного перехода.

Рис. 1. Типовые зависимости коллекторного и базового токов от напряжения база—эмиттер при смещениях, соответствующих прямому активному режиму.

Значения параметра п в диапазоне между 1 и 2 можно объяснить с учетом возможных изменений различных параметров, оказывающих влияние на процессы рекомбинации в области объемного заряда. Относительный вклад рекомбинационной составляющей тока в сравнении с инжекционными токами, втекающими в квазинейтральные области, увеличивается при уменьшении напряжения на переходе.

Ток рекомбинации в области объемного заряда течет только через базовый и эмиттерный выводы транзистора. Его преобладание не влияет на коллекторный ток, который практически полностью представляет собой результат коллектирования электронов, инжектируемых эмиттерным переходом. Следовательно, при уменьшении vb_E коллекторный ток описывается уравнением :

(2)

Рис. 2. Зависимость коэффициента усиления по току от коллекторного тока для транзистора с характеристиками, приведенными на рис. 1.

до тех пор, пока ток инжекции не упадет настолько, что в составе коллекторного тока не начнет преобладать ток генерации в области объемного заряда. Таким образом, при малых напряжениях смещения коллекторный ток составляет меньшую часть эмиттерного токапосравнению со средней частью диапазона напряжений смещения. Более наглядно эта зависимость видна на графике отношения , которое представляет собой параметр транзистора. График приведен на рис. 2 и построен по экспериментальным данным рис. 1. Падение при малых напряжениях смещения эмиттерного перехода представляет собой очевидное ограничение на применение транзисторов для усиления малых напряжений.

3. Малосигнальные эквивалентные схемы и параметры

Большому классу так называемых линейных электронных схем свойствен такой режим работы транзистора, при котором на фоне сравнительно больших постоянных токов и напряжений действуют малые переменные составляющие. Именно эти составляющие представляют в таких схемах основной интерес. Запишем напряжения и токи в виде

где U° и I°—постоянные составляющие; Uи I - переменные составляющие, много меньшие постоянных.

Постоянные и переменные составляющие анализируются и рассчитываются раздельно. При анализе постоянных составляющих используется нелинейная физическая модель Молла - Эберса. При анализе переменных составляющих использование нелинейной модели не имеет смысла, так как связь между малыми приращениями определяется не самими функциями, а их производными. Поэтому для анализа переменных составляющих пользуются специальными - малосигнальными моделями (эквивалентными схемами), состоящими из линейных элементов. Эти элементы отображают те производные, которые связывают между собой малые приращения токов и напряжений.

Рис. 3. Малосигнальная модель транзистора при включении ОБ.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--