Электроника - практический курс - Джонс М.Х.
ISBN 5-901095-01-4
Скачать (прямая ссылка):
полупроводниковых приборов и их связь с параметрами схемы. Сначала
рассмотрен диод с р-п переходом, затем биполярный транзистор и потом
полевой транзистор.
6.2 Характеристики р-п перехода
Основные характеристики р-п перехода качественно были обсуждены в главе
1. Рассмотрим теперь его вольт-амперную характеристику, изображенную на
рис. 6.1. Зависимость тока от напряжения определяется числом носителей
тока, способных преодолеть потенциальный барьер обедненного слоя, и эта
зависимость имеет вид
eV л
/ = / г
,kT _!
(6.1)
\
Характеристики р-п перехода 127
где / -V - е - к - Т-
ток диода (в амперах)
приложенная э.д.с. (в вольтах)
заряд электрона (в кулонах)
постоянная Больцмана (в джоулях/кельвин)
температура перехода (в кельвинах)
При большом отрицательном значении прикладываемой э.д.с. V
eV
exp
кТ
•О,
и / = -/0, откуда следует физический смысл константы /0 в (6.1): /0
является тепловым током утечки, который - при постоянной температуре и
при смешении в обратном направлении - не зависит от приложенного
напряжения, когда оно больше 0,1 В. Обычно /0 называют обратным током
насыщения или тепловым (рис. 6.2).
Если приложено смещение в прямом направлении и V > 0,1 В, то
ехр(еК/^7')>> 1, так что
I */0ехр
eV_
kT
(6.2)
Мы можем подставить значения е и к и принять, что Т - комнатная
температура (20 °С или 293 К). Тогда константа е / кТ оказывается равной
приблизительно 40 В1, так что связь между током и напряжением имеет вид:
(6.3)
Было бы полезно получить простое выражение для прямого сопротивления
диода, но поскольку его характеристика нелинейна, выражение вида
128 Характеристики полупроводниковых приборов
Рис. 6.2. Характеристика, приведенная на рис. 6.1, вблизи начала
координат в увеличенном масштабе: /0 - обратный ток насыщения.
V/1, как для резистора, не подходит. Используется динамическое или
дифференциальное сопротивление, определяемое как d?
Г~ dГ
Дифференцируя в (6.3), получаем = 40 х /0ехр(40 V) = 40/,
поэтому динамическое сопротивление равно
dV 1 .
Г ~ dl ~ 40/ '
если ток / выражен в мА, то
г = - Ом. (6.4)
/
Следовательно, динамическое сопротивление диода обратно пропорционально
прямому току. Прямой ток величиной 1 мА дает динамическое сопротивление
около 25 Ом.
В действительности, изложенная выше теория является несколько упрощенной
по отношению к реальному диоду. Материал полупроводника сам по себе имеет
конечное объемное сопротивление, которое добавляется к динамическому
сопротивлению р-п перехода. Кроме того, ток неосновных носителей
(электронов из /ьобласти и дырок из "-области) приводит к увеличению
эффективного сопротивления диода. Несмотря на эти дополнительные факторы,
выражения (6.1) - (6.4) являются достаточно точными для большинства
практических
Входное сопротивление и крутизна биполярного транзистора 129
целей. В частности, для перехода база-эмиттер открытого транзистора
отклонение от простой теории меньше, чем для отдельного диода:
инжектированные неосновные носители затягиваются коллектором и удаляются
из области базы.
6.3 Входное сопротивление и крутизна биполярного транзистора
Как мы уже видели в параграфе 1.4, биполярный транзистор, по существу,
является устройством, управляемым током. Током коллектора управляет,
главным образом, базовый ток, поэтому первым шагом в изучении поведения
транзисторного усилителя напряжения является выяснение того, какой
базовый ток создается напряжением нашего входного сигнала. Другими
словами, нам нужно знать динамическое сопротивление перехода база-
эмиттер, измеряемое со стороны базы. Этот параметр обычно обозначают
символом hle; если v4e представляет собой малое переменное напряжение на
входе, a ib - вызванный им переменный ток базы, то
Мы можем найти hjt из соотношения (6.2) для р-п перехода, которое можно
применить к переходу база-эмиттер следующим образом:
Здесь 1Е - постоянный ток эмиттера (заметим, что выражение (6.2а) можно
также использовать для /с, поскольку 1Е ~ /с); /0 - ток эмиттера,
протекающий при VBE = 0, и являющийся током утечки перехода коллектор-
база (см. раздел 1.4.4); VBE - постоянное напряжение на переходе база-
эмиттер.
Мы можем определить динамическое сопротивление г перехода эмит-тер-база,
дифференцируя (6.2а) так же, как это делалось в случае простого диода при
выводе (6.4). Дифференцирование дает:
где 1Е - ток в миллиамперах.
Величина г представляет собой сопротивление перехода эмиттер-база, каким
его "видно" со стороны эмиттера. Из рассмотрения входного сопротивления
эмиттерного повторителя в разделе 5.12.3, мы знаем, что любое
сопротивление в цепи эмиттера входит в сопротивление, измеряемое со
стороны базы, с множителем (h/e + 1), поскольку ток базы меньше тока
эмиттера в (hfe + 1) раз; следовательно,
(6.2а)
к - (при комнатной температуре),
(6.5)
9 Зак. 4729.
130 Характеристики полупроводниковых приборов
и при hfe " 1
(6.6)
где ток 1Е - в миллиамперах.
На практике точная оценка hie должна также включать эффективное
