Головна

Класична модель Еберса - Молла

  1. I. 7. Концептуальна модель геокосмічних електростанції
  2. L Модель бізнес-организации
  3. L Модель бізнес-процесів
  4. L Модель бізнес-функцій
  5. RACE-МОДЕЛЬ
  6. sf 50. Класична і некласична науки. особливості стилю
  7. А - насипанні суміші в опоку; б - струшування; в - допрессовкой; г - з'їм напівформи з модельної плити штифтами

Класична модель Еберса - Молла базується на еквівалентній схемі, зображеної на рис. 3.15. Від передавальної моделі класична відрізняється тим, що складові струмів транзистора згруповані інакше. Переходи транзистора представлені ізольованими діодами, струми яких i 1 і i 2 визначаються напругою u еп і u кп відповідно:
 , (3.21)

де и  . (3.22)

теплові струми IЕбк и IКБК мають наступний сенс:

Формально теплові струми відповідають струмів переходів при зворотних напругах, багато великих u т. Однак реально вимірювані зворотні струми переходів транзистора виявляться набагато більше за рахунок струмів генерації в переходах і струмів витоку. (Аналогічна ситуація розглядалася при аналізі p-n-переходу). Тому визначити значення теплових струмів транзистора можна тільки за результатами вимірювань при прямих напругах на переходах. Взаємодія переходів відображено шляхом введення в еквівалентну схему генераторів струму a i1 і a I i2 .

Відповідно струми в ланцюгах кожного електрода можна розрахувати за формулами:  . (3.23)

Класична модель менш зручна для розрахунків, ніж передавальна, але широко використовується для пояснення роботи транзистора.

33. Статичні характеристики біполярних транзисторів для схеми із загальною базою.

Сімейство вхідних характеристик схеми з ПРО являє собою залежність IЭ = F (UЕБ) При фіксованих значеннях параметра UКБ - Напруги на колекторному переході (рисунок 3.5, а).

 а)  б)
 Малюнок 3.5 Вхідні (а) і вихідні (б) характеристики БТ в схемі включення з ПРО

при UКБ = 0 характеристика подібна ВАХ p-n-переходу. З ростом зворотної напруги UКБ (UКБ <0 для p-n-p-транзистора) внаслідок зменшення ширини базової області (ефект Ерлі) відбувається зміщення характеристики вгору: IЭ росте з вибраною величиною UЕБ. Якщо підтримується постійним струм емітера (IЭ = Const), т. Е. Градієнт концентрації дірок в базовій області залишається колишнім, то необхідно знизити напругу UЕБ, (Характеристика зсувається вліво). Слід зауважити, що при UКБ <0 і UЕБ = 0 існує невеликий струм емітера IЕ0, Який стає рівним нулю тільки при деякому зворотній напрузі UЕБ0.

Сімейство вихідних характеристик схеми з ПРО являє собою залежно IК = F (UКБ) При заданих значеннях параметра IЭ (Рисунок 3.5, б).

Вихідна характеристика p-n-p-транзистора при IЭ = 0 і зворотній напрузі | UКБ <0 | подібна зворотної гілки p-n-переходу (діода). При цьому відповідно до (3.11) IК = IКБО, Т. Е. Характеристика являє собою зворотний струм колекторного переходу, що протікає в ланцюзі колектор - база.

при IЭ > 0 основна частина інжектованих в базу носіїв (дірок в p-n-p транзисторі) доходить до межі колекторного переходу і створює колекторний струм при UКБ = 0 в результаті прискорює дії контактної різниці потенціалів. Струм можна зменшити до нуля шляхом подачі на колекторний перехід прямого напруги певної величини. Цей випадок відповідає режиму насичення, коли існують зустрічні потоки інжектованих дірок з емітера в базу і з колектора в базу. Результуючий струм стане дорівнює нулю, коли обидва струму однакові за величиною (наприклад, точка А 'на малюнок 3.5, б). Чим більше заданий струм IЭ, Тим більше пряма напруга UКБ потрібно для отримання IК = 0.

Область в першому квадраті на рис. 3.5, б, де UКБ <0 (зворотне) і параметр IЭ > 0 (що означає пряму напругу UЕБ) Відповідає нормальному активному режиму (НАР). Значення колекторного струму в НАР визначається формулою (3.11) IК = aIЭ + IКБО. Вихідні характеристики зміщуються вгору при збільшенні параметра IЭ. В ідеалізованому транзисторі не враховується ефект Ерлі, тому інтегральний коефіцієнт передачі струму a можна вважати постійним, не залежних від значення | UКБ|. Отже, в ідеалізованому БТ вихідні характеристики виявляються горизонтальними (IК = Const). Реально ж ефект Ерлі при зростанні | UКБ| призводить до зменшення втрат на рекомбінацію і зростання a. Так як значення a близьке до одиниці, то відносне збільшення а дуже мало і може бути виявлено тільки вимірами. Тому відхилення вихідних характеристик від горизонтальних ліній вгору "на око" не видно (на малюнку 3.5, б не дотримано масштаб).

34. Статичні характеристики біполярних транзисторів для схеми із загальним емітером.

Сімейство вхідних характеристик схеми з ОЕ являє собою залежно IБ = F (UБЕ), Причому параметром є напруга UКЕ (Рисунок 3.6, а). Для p-n-p транзистора негативна напруга UБЕ (UБЕ <0) означає

 а)  б)
 Малюнок 3.6 Малюнок 3.5 Вхідні (а) і вихідні (б) характеристики БТ в схемі включення з ОЕ

пряме включення емітерного переходу, так як UЕБ = -UБЕ > 0. Якщо при цьому UКЕ = 0 (потенціали колектора і емітера однакові), то і колекторний перехід буде включений в прямому напрямку: UКБ = UКЕ + UЕБ = UЕБ > 0. Тому вхідні характеристика при UКЕ = 0 буде відповідати режиму насичення (РН), а струм бази рівним сумі базових струмів через одночасну інжекції дірок з емітера і колектора. Цей струм, природно, збільшується з ростом прямої напруги UЕБ, Так як воно призводить до посилення інжекції в обох переходах (UКБ = UЕБ) І відповідного зростання втрат на рекомбінацію, що визначають базовий струм.

Друга характеристика на малюнку 3.6, а (UКЕ a0) відноситься до нормального активного режиму, для отримання якого напруга UКЕ має бути в p-n-p транзисторі негативним і по модулю перевищувати напруга UЕБ. У цьому випадку (UКБ = UКЕ + UЕБ = UКЕ - UБЕ <0. Формально хід вхідний характеристики в НАР можна пояснити за допомогою формули (3.14) або (3.17): IБ = (1 - a) IЭ - IКБО. При малому напрузі UБЕ інжекція носіїв практично відсутня (IЭ = 0) і струм IБ = -IКБО, Т. Е. Від'ємний. Збільшення прямої напруги на емітерний перехід UЕБ = -UБЕ викликає зростання IЭ і величини (1 - a) IЭ. Коли (1 - a) IЭ = IКБО, Струм IБ = 0. При подальшому копаєте UБЕ (1 - a) IЭ > IКБО і IБ змінює напрямок і стає позитивним (IБ > 0) і сильно залежать від напруги переходу.

вплив UКЕ на IБ в НАР можна пояснити тим, що зростання | UКЕ| означає зростання | UКБ| і, отже, зменшення ширини базової області (ефект Ерлі). Останнє буде супроводжуватися зниженням втрат на рекомбінацію, т. Е. Зменшенням струму бази (зміщення характеристики незначно вниз).

Сімейство вихідних характеристик схеми з ОЕ являє собою залежно IК = F (UКЕ) При заданому параметрі IБ (Рисунок 3.6, б).

Круті початкові ділянки характеристик відносяться до режиму насичення, а ділянки з малим нахилом - до нормального активного режиму. Перехід від першого режиму до другого, як уже зазначалося, відбувається при значеннях | UКЕ|, Що перевищують | UБЕ|. На характеристиках як параметр береться не напруга UБЕ, А вхідний струм IБ. Тому про включення емітерного переходу доводиться судити за значенням струму IБ, Який пов'язаний із вхідними характеристикою на малюнку 3.6, а. Для збільшення IБ необхідно збільшувати | UБЕ|, Отже, і межа між режимом насичення і нормальним активним режимом повинна зрушуватися в бік більших значень.

Якщо параметр IБ = 0 ("обрив" бази), то відповідно до (3.22) IК = IКЕТ = (B + 1) IКБО. У схемі з ОЕ можна отримати (як і в схемі з ПРО) I = IКБО, Якщо задати негативний струм IБ = -IКБО. Вихідна характеристика з параметром IБ = -IКБО може бути прийнята за кордон між НАР і режимом відсічення (РО). Однак часто за цю межу умовно приймають характеристику з параметром IБ = 0.

Нахил вихідних характеристик в нормальному активному режимі в схемі з загальним емітером в багато разів більше, ніж в схемі із загальною базою (h22Е »bh22Б) Пояснюється це різним проявом ефекту Ерлі. У схемі з загальним емітером збільшення UКЕ, А отже і UКБ супроводжується зменшенням струму бази, а він за визначенням вихідний характеристики повинен бути незмінним. Для відновлення струму бази доводиться регулюванням напруги UБЕ збільшувати струм емітера, а це викликає приріст струму колектора DIК, Т. Е. Збільшення вихідний провідності (в схемі з ПРО ток IЭ при знятті вихідний характеристики підтримується незмінним).

35. Вплив температури на статичні характеристики біполярного транзистора.

Вплив температури на роботу біполярного транзистора обумовлено трьома фізичними факторами: зменшенням потенційних бар'єрів в переходах, збільшенням теплових струмів переходів і збільшенням коефіцієнтів передачі струмів з ростом температури. Зменшення потенційного бар'єра j К з ростом температури також, як і в ізольованому переході, (див. розділ 2) призводить до посилення інжекції, в результаті чого збільшується вхідний струм транзистора. На рис. 3.24 наведені вхідні характеристики транзистора в схемі із загальною базою, отримані при різних температурах (зауважимо, що вхідні характеристики в схемі ОЕ при різних температурах виглядають аналогічно і відрізняються лише масштабом по осі струмів так як iК >> iБ. Як видно з малюнка 3.24, збільшення вхідного струму з ростом температури еквівалентно зсуву характеристики в бік менших вхідних напруг. Цей зсув описується температурним коефіцієнтом напруги  , Який становить для кремнієвих транзисторів e = - 3 мВ / град. У розрахунках транзисторних схем часто використовують кусково-лінійну апроксимацію вхідних характеристик. На рис. 3.24, б наведені ідеалізовані аппроксимірованими характеристики без врахування впливу опору тіла бази r?Б. Як видно з малюнка при r?Б = 0 характеристики проходять вертикально і напруга на переході одно пороговому ? - uЕБ? = U * . Зміна цієї напруги з температурою також описується коефіцієнтом e.

Збільшення теплових струмів переходів з ростом температури, докладно розглянуте в розділі 2, описується приводяться в довідниках температурними залежностями струмів IКБ0, IЕБ0. Типові залежності струмів IКБ0 и IЕБ0 від температури для кремнієвого малопотужного транзистора наведені на рис. 3.25.

Використання логарифмічного масштабу по осі ординат дозволило уявити експонентну залежність струмів від температури в лінійному вигляді. Як видно з малюнка, в робочому інтервалі температур транзистора (-60 ° ... + 80 ° C) струми IКБ0 и IЕБ0 можуть змінюватися на 1 ... 2 порядки. Слід зауважити, що зазначений зростання теплових струмів помітно позначається на вихідних характеристиках лише германієвих транзисторів, що пов'язано з відносно великою величиною самих теплових струмів. У кремнієвих транзисторах теплові струми дуже малі, тому їх зміна з температурою не робить помітного впливу на характеристики. Збільшення коефіцієнта передачі струму емітера a і струму бази b з ростом температури обумовлено зростанням часу життя електронів в базі (см. Розділ 1) і відповідним ослабленням їх рекомбінації з дірками. На рис. 3.26 наведені типові температурні залежності коефіцієнтів a і b , Нормованих до значень, отриманих при кімнатній температурі (t = 20 ° C). З малюнка видно, що якщо зміна a з температурою виражено дуже слабо (в робочому інтервалі температур воно не перевищує декількох відсотків), то зміна b може досягати декількох сотень відсотків.

Сказане вище ілюструють наведені на рис. 3.27 вихідні характеристики транзистора в схемах ПРО і ОЕ, отримані при різних температурах. Як видно з малюнка, збільшення температури призводить до зміщення (дрейфу) характеристик в сторону більш високих струмів колектора. При цьому в схемі ПРО при фіксованому струмі емітера D iК= D a iЭ температурний дрейф характеристик виражений досить слабко, що пояснюється слабкою температурної залежністю коефіцієнта передачі струму емітера a - див. рис 3.26. У характеристик для схеми ОЕ, що знімаються при iБ = Const, в зв'язку з сильною температурної залежністю коефіцієнта передачі струму бази b температурний дрейф дуже великий - зміна струму колектора D iК= D b iБ може досягати кілька десятків і навіть сотень відсотків. Температурна нестабільність характеристик транзистора в схемі ОЕ вимагає спеціальних заходів щодо стабілізації робочої точки. На рис. 3.27 наведені три типові схеми завдання режиму роботи транзистора по постійному струму. У схемі, наведеній на рис 3.27, а зовнішні елементи задають струм бази

.

Звідси можна записати вираз для розрахунку колекторного струму:

 . (3.39)

Оцінимо зміна струму IК при зміні температури на 20 ° С. Будемо вважати EК= 10 В, RБ= 100 кОм, b (20 ° С) = 100, U * (20 ° С) = 0.7В і Iке0(20 ° С) = 5мкА, звідки IК(20 ° С) = 100 · 10/10 5-100 · 0.7 / 10 5+5 · 10 -6= = 9.305 мА. Будемо також вважати, що зміна b при зміні температури на 20 ° С становить 50%, зміна U * визначається коефіцієнтом e = -2 мВ / град, зміна Iке0 визначається температурою його подвоєння T * = 5 ° С. Тоді нескладно визначити значення b, U * і Iке0 при t ° = 40 ° С: b (40 ° С) = 1,5 · 100 = 150, U * (40 ° С) = 0,7-20 · 2 · 10 -3= 0,66 В і Iке0(40 ° С) = 2 4 · 5 · 10 -6= 160 мкА. Тоді струм IК (40 ° С) = 150 · 10/10 5-150 · 0,66 / 10 5+160 · 10 -6= 14,17 мА, тобто струм IК змінився на 52,3% і основний внесок в цю зміну вніс коефіцієнт передачі струму бази b. Розрахунок показує, що ця схема має низьку температурну стабільність. У схемі, наведеній на рис. 3.28, б, зовнішні елементи задають струм емітера

и .

Таким чином, в цій схемі забезпечується висока температурна стабільність (як у схемі ПРО), правда досягається вона за рахунок використання додаткового джерела живлення. Слід зауважити, що зазначена схема являє собою по змінному струмі - схему ОЕ, а по постійному струму - схему ПРО. Третя схема (див. Рис. 3.28, в) займає проміжне по термостабільності положення між двома першими схемами. У цій схемі фіксується напруга uБЕ і при раціональному виборі RБ1, RБ2 и RЭ температурна стабільність всього в 2 - 3 рази гірше, ніж у другій схемі.

36. Диференціальні параметри біполярного транзистора в статичному режимі.

Передавальний модель Еберса-Молла | Диференціальні параметри біполярного транзистора


омічні контакти | Контакт металу з напівпровідником | випрямні діоди | Стабілітрони і стабістори | варикапи | Універсальні і імпульсні діоди | звернені діоди | Тунельні діоди. | Діоди Шотткі. | біполярні транзистори |

© 2016-2022  um.co.ua - учбові матеріали та реферати