Физика полупроводниковых приборов Книга 1 - Зи С.
Скачать (прямая ссылка):
наклон их графика (рис. 31) равен -1. Как следует из рис. 27, при высоких
напряжениях и малых токах в центре эмиттерной полоски может существенно
повыситься температуря, что ведет к возникновению вторичного пробоя, и
наклон прямой принимает значение, лежащее между -1,5 и -2. Другое
ограничение области безопасной работы связано с напряжением первичного
пробоя BVCEo (вертикальная линия на рис. 31). В импульсном режиме область
безопасной работы расширяется в сторону больших токов. При повышенной
температуре окружающей среды тепловые ограничения снижают мощность,
которую способен пропускать прибор (формула (93)), и область безопасной
работы сужается.
3.5. ПЕРЕКЛЮЧАЮЩИЕ ТРАНЗИСТОРЫ
Переключающие транзисторы используются в качестве ключей, которые могут
за очень короткое время перейти из состояния с высоким напряжением и
малым током в состояние с низким напряжением и большим током. Условия
работы переключающих транзисторов отличаются от условий работы СВЧ-
транзисторов. Дело в том, что процесс переключения представляет собой
переходный процесс при больших сигналах, в то время как СВЧ-транзисторы
обычно усиливают малые сигналы. Тем не менее геометрия переключающего
транзистора аналогична геометрии СВЧ-транзисюра (рис. 17).
Наиболее важными параметрами переключающего транзистора являются
коэффициент усиления по току и время переключения. Чтобы улучшить
коэффициент усиления по току, достаточно снизить степень легирования
базовой области. Для уменьшения времени переключения транзистор может
быть легирован золотом, которое образует центры рекомбинации вблизи
середины запрещенной зоны.
Переключающий транзистор допускает различные режимы работы. Два основных
режима и соответствующие нагрузочные линии приведены на рис. 32, а. По
степени использования определенных областей выходных характеристик
транзисторов они получили названия режима насыщения и токового режима.
Выходные характеристики принято делить на три области: Область I: область
отсечки, коллекторный ток отсутствует, эмиттерный и коллекторный переходы
обратно смещены.
Биполярные транзисторы
187
Рис. 32. Режимы работы переключающего транзистора [59].
а - способы переключения; 6 - распределение неосновных носителей в базе
при от-сечке, в активной области и при насыщении.
Область II: активная область, эмиттер смещен в прямом направлении, а
коллектор в обратном.
Область III: область насыщения, эмиттер и коллектор смещены в прямом
направлении.
Распределения неосновных носителей в базе транзистора, соответствующие
областям отсечки, активной области и области насыщения, приведены на рис.
32, б [59].
Для обоих режимов выключенное состояние (OFF) характеризуется сдвигом
рабочей точки по нагрузочной линии в область отсечки транзистора. Итак,
способ переключения в первую очередь определяется уровнем прямого тока и
положением рабочей точки во включенном состоянии (ON). Чаще всего
применяют режим насыщения как наиболее близкий к режиму работы идеального
ключа. Фактически в транзисторе в выключенном состоянии разомкнута цепь
между эмиттером и коллектором, а во включенном состоянии она
короткозамкнута. Токовый режим используют для высокоскоростного
переключения, так как при этом исключается время рассасывания, связанное
с пребыванием транзистора в области насыщения.
Рассмотрим теперь поведение транзистора при переключении на основе модели
Эберса-Молла. Введенные выше в выражениях (47а) и (476) коэффициенты а с
соответствующими индексами можно определить из совокупности четырех
величин, допускающих непосредственное измерение:
188
Глава 3
1Е0: обратный ток насыщения эмиттерного перехода при разомкнутом
коллекторе,
е&Ев/кт <^\г 1С - 0.
/со: обратный ток насыщения коллекторного перехода при разомкнутом
эмиттере,
eqVcBlkT ^\t lE^0.
aN: нормальный коэффициент усиления по току при нормальных условиях
включения, когда эмиттер смещен в прямом направлении, а коллектор в
обратном. Тогда коллекторный ток равен Ic - -aNIE -j- Ic0. инверсный
коэффициент усиления по току при обратном включении, т. е. когда эмиттер
смещен в обратном направлении, а коллектор в прямом. Тогда эмиттерный ток
равен 1Е - -a,IC + 1ео- В большинстве транзисторов площадь эмиттера
меньше площади коллектора и последний немного эффективнее собирает
носители, инжектированные эмиттером. Поэтому обычно aN > а7. Приведенные
выше величины позволяют представить коэффициенты входящие в выражения
(47а) и (476), в следующей форме:
я -------- -1ш----- а - .а//со- (94)
1 - aNaI 12 1 - адгОб/ ' ' '
п unIeo _ /со
21 1 - адюс/ ' 22 1 - а,уа/ *
В областях I и II коллекторный переход смещен в обратном направлении.
Поэтому формулы (47а) и (476) можно записать в более простом виде
/ = __7Е0._е^Ев'^т + ,0 -,"л',)_/?д, т5а)
ь 1 - a Naj 1 1 - ад'а/ v !
I = e^EBlkT ilрЛИ) IcQ- . (956)
с 1- aNaj 1 1 - aNa,j ' '
Эквивалентная схема, соответствующая выражениям (95), приведена на рис.
33, а. Для учета конечной проводимости полупроводникового материала в
