Артемов И.С., 21306

Артемов И.С., 21306
Общие сведения
 Биполярным транзистором (БТ) называют
полупроводниковый прибор, состоящий из трех
слоев (эмиттера, базы и коллектора) с различными
типами проводимости, предназначенный для
усиления и генерирования электрических
сигналов. Он был изобретен в 1948 г. Дж.
Бардином и В. Браттейном и дал большой толчок в
развитии полупроводниковой электроники. БТ до
сих широко использую в различных электрических
схемах, приборах и т.п.
Общие сведения
В зависимости от смещения эмиттерного и
коллекторного перехода разделяют три режима
работы БТ:
 Режим отсечки – оба p-n-перехода закрыты, при
этом через транзистор протекает сравнительно
небольшой ток;
 Режим насыщения – оба p-n-перехода открыты.
 Активные режим – один из p-n-переходов открыт,
другой закрыт. В этом режиме возможно наиболее
эффективное управление БТ и использование его в
качестве активного элемента электрической цепи.
Общее схематическое изображение БТ
Основные физические процессы в БТ
В рабочем режиме в БТ протекают
следующие процессы:
 инжекция из эмиттера в базу;
 диффузия через базу;
 рекомбинация в базе;
 экстракция из базы в коллектор;
Основные физические процессы в БТ
Транзисторный эффект –
управление током во вторичной
цепи через изменения тока в
первичной цепи. Необходимо
выполнение условия: W < L
P
Зонная диаграмма БТ в схеме с
общей базой
Формулы Молла-Эберса
 Формулы Молла-Эберса являются уникальными
соотношениями описывающими характеристики
БТ во всех режимах работы:
ВАХ БТ с ОБ
Дифференциальные параметры БТ в
схеме с ОБ
 Коэффициент передачи тока эмиттера α –
отношение приращения тока коллектора к
вызвавшему его приращению тока эмиттера при
постоянном напряжении на коллекторе:
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Для коэффициента передачи α можно записать:
 где γ – коэффициент инжекции или эффективность
эмиттера,
 ӕ – коэффициент переноса.
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Коэффициент инжекции (эффективность
эмиттера) γ - доля полезного дырочного тока в
полном токе эмиттера Jэ:
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Коэффициент переноса ӕ - доля эмиттерного
дырочного тока, без рекомбинации дошедшего до
коллекторного перехода:
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Сопротивление эмиттерного перехода - изменение
напряжения на эмиттере при изменении
эмиттерного тока (при условии, что напряжение на
коллекторе не изменяется):
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Сопротивление коллекторного перехода –
изменение напряжения на коллекторе при
изменении коллекторного тока (при условии, что
эмиттерный ток не изменяется):
Эффект Эрли
 Изменение коэффициента передачи
α биполярного транзистора
вследствие модуляции ширины базы
при изменении коллекторного
напряжения Uк получило название
"эффект Эрли".
Эффект Эрли
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Коэффициент обратной связи µэк – изменение
напряжения на эмиттерном переходе при
единичном изменении напряжения на
коллекторном переходе (при условии, что ток
эмиттера поддерживается постоянным):
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Объемное сопротивление базы rб – сопротивление,
определяемое чисто геометрическими
особенностями конструкции БТ и определяется
суммой сопротивлений активной, промежуточной
и пассивной областей:
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Схема БТ, иллюстрирующая расчет объемного
сопротивления базы:
Дифференциальные параметры
БТ в схеме с ОБ
 Тепловой ток коллектора IКО – коллекторный ток Iк,
измеренный в режиме разомкнутого эмиттерного
перехода (режим холостого хода в эмиттерной цепи
Iэр = 0 прибольшом обратном смещении на
коллекторном переходе):
БТ в схеме с ОЭ
БТ в схеме с ОЭ
 Коллекторный ток будет выражаться следующим
соотношением:
 где
- коэффициент усиления по току БТ в
схеме с общим эмиттером;
 Iк0* = (1+β)Iк0 - тепловой ток отдельно взятого p-n
перехода, который много больше теплового тока
коллектора Iк0,
 rк* = rк/(1+β) – сопротивление коллекторного
перехода БТ в схеме с общим эмиттером.
БТ в схеме с ОЭ
 Для увеличения коэффициента усиления по току
БТ в схеме с общим эмиттером β, исходя из
соотношения определяющего β, необходимо
увеличить диффузионную длину L или уменьшить
ширину базы W.
ВАХ БТ с ОЭ
Uэ = ln(Iб/Iоэ)
IК = βIБ + I*ко;
Составные транзисторы. Схема
Дарлингтона
Составные транзисторы. Схема
Дарлингтона
Дрейфовые транзисторы
 Для ускорения прохождения носителей
через базу используются дрейфовые
транзисторы, в которых база легируется,
причем легируется неоднородно, что
создает градиент концентрации, за счет
чего в базе возникает электрическое
поле, которое в свою очередь вызывает
появление дрейфовой компоненты
электрического тока.
Дрейфовые транзисторы
Дрейфовые транзисторы
 Введем параметр
 - коэффициент неоднородности базы,
который определяется логарифмом
отношения концентрации примеси на
границах базы.
Дрейфовые транзисторы
 Сравним время переноса через базу в биполярном
транзисторе при дрейфовом tдр и диффузионном
tдиф переносе:
Параметры транзистора как
четырехполюсника
 Биполярный транзистор в
схемотехнических приложениях
представляют как четырехполюсник и
рассчитывают его параметры для такой
схемы. Для транзистора как
четырехполюсника характерны два
значения тока I1 и I2 и два значения
напряжения U1 и U2.
Параметры транзистора как
четырехполюсника
Система z-параметров
- определяются как входное и выходное
сопротивления.
- сопротивления обратной и прямой передач.
Система y-параметров
- входная и выходная проводимости.
- проводимости обратной и прямой передач.
Система h-параметров
- входное сопротивление при коротком
замыкании на выходе;
- выходная проводимость при холостом
ходе во входной цепи;
- коэффициент обратной связи при
холостом ходе во входной цепи;
- коэффициент передачи тока при
коротком замыкании на выходе.
Система h-параметров
 Связь h-параметров с дифференциальными
параметрами БТ с ОБ:
Система h-параметров
 Связь h-параметров с дифференциальными
параметрами БТ с ОЭ:
Связи между h-параметрами
Спасибо за внимание
 Литература:
 Гуртов В.А. Твердотельная электроника / В.А.
Гуртов. – М.: Техносфера, 2008. 511 с.