Физика полупроводниковых приборов - Зи С.М.
Скачать (прямая ссылка):
/з- в прямом. /Падение напряжения между анодом и катодом приближенно
.равно алгебраической сумме 'падений напряжений на переходах:
Uа к + //2+Нз.
.(4)
-к
При увеличении напряжения ток также возрастает. Это /приводит к
увеличению коэффициентов передачи ai и а2. /Благодаря регенеративному
характеру этого процесса происходит переключение н у/ тройство
перебрасывается в открытое состояние. После переброса ток через прибор
должен .быть ограничен внешними сопротивлениями, в противном случае, если
приложенное напряжение достаточно велико, устройство может разрушиться. В
открытом состоянии переход /2 также смещается в прямом направлении (рис.
5,в) и напряжение Uак примерно равно падению напряжения на прямо
смещенном одиночном переходе плюс остаточное, напряжение насыщенного
транзистора.
Переключение тиристора про
\ рЧ j " " 1 4 ht * з : 5 pi \ V \ 1
А- Р1
исходит при
dU
АК __
=0. Это условие
dlA
достигается обычно раньше, чем (ai-ba2) = l. Можно показать, что
переключение начинается тогда, когда сумма малосигнальных значений
коэффициентов передачи достигает единицы l[JT. 9]. Рассмотрим ситуацию,
когда ток базы (управляющего электрода) получает приращение А 1е. Как
следствие вырастают анодный и катодный токи:
Д/к =А/А + Д/g.
(5)
Согласно определению малосигнальные (дифференциальные) значения
коэффициентов передачи ¦равны:
_ д/с
±L
о д/.
с
(6а)
в)
Рис. 5. Энергетическая диаграмма прибора при работе на прямой ветви.
а - состояние равновесия; б - состояние "закрыто", когда большая часть
приложенного напряжения падает на центральном переходе /г; в - состояние
"открыто". когда все три перехода смещены в прямом направлении.
Дырочный ток, собираемый переходом /г, равен щЛ/а, а элек-
Когда сумма ("1+102) становится равной единице, любое малое изменение
тока 1е вызывает нестабильность прибора, поскольку в соответствии с
выражением 1(8) любое малое изменение тока Ig приводит к неограниченному
изменению тока 1а.
Хотя для анализа было использовано изменение тока Ig, аналогичный
результат имеет место 'при изменении температуры или напряжения.
2. Зависимость коэффициентов передачи от тока. Статический коэффициент
передачи тока для схемы с общей базой равен:
где ат - коэффициент переноса, определенный как отношение частя
.инжектированного тока, достигающего коллектора, к инжектированному току,
а у- коэффициент инжекции, определенный как отношение инжектированного
тока к полному эмиттерному току.
Из рис 4,е следует соотношение
Дифференцируя выражение фЮ) 'по эмиттерному току, получаем уравнение для
малосигнального коэффициента передачи
тронный ток - "2'А/к¦ Приравняв изменения тока через переход J2 изменению
анодного тока, получим:
А/^ = djA/д -|- а2Д/у?.
Подставив уравнение (7) в выражение (5), получим:
(7)
(8)
(9)
7c=lCtl/E + /cO.
(10)
(П)
Подставив уравнение (9) в выражение (И), получим:
(12)
Простейшие аппроксимации для ат и у имеют вид:
1
W2
N W * ' (126)
1 ' B
N E^E
Здесь W - толщина базы; D и т - коэффициент диффузии и время жизни для
неосновных носителей заряда в области базы, а рЕ-'Диффузионная длина в
эмиттере. Для того чтобы 'Получить большие значения коэффициента
передачи, необходимо использовать структуры с малыми значениями^/у ГК и
NB/NЕ.
Чтобы рассмотреть зависимость коэффициентов передачи от тока, мы должны
использовать более детальный анализ, учитывающий как диффузионную, так н
дрейфовую составляющие тока.
Дырочные составляющие тока через переходы Ji и /г могут быть рассчитаны
(по формуле
_ /р (х) - qAs ^рп\хр? - Dp ^ • (13)
В соответствии с рис. 2,а уравнение непрерывности для области п1 может
быть записано в следующем виде:
др-п Рп - Рпо .. "дРп
Хр
dt хр дх +DP дхэ ' (14)
Граничные условия для этого уравнения:
Рп (х=0) -Рпо ех.р'(р[/),
где р =,qj,(kT) и pn(x=w)=0.
Стационарное решение вышеприведенного уравнения при указанных граничных
условиях имеет вид:_
Рп\(х)=Рпо ехр (pt/) exp{i(Ci + Сг)х]-
-p"ofexp (РU) ехр|(С21Г) +
+exip (-CiW)] ехр[(Cix) csch (C2W) sh'(CiW), '(16)
где
Ci ± C2 - 9n ±
l^S ГЛУ?у , 1 1"/g
2Dp - [ \2Dp J ¦ DpXp J
(Коэффициент переноса определяется из уравнений 1(13)-'(15). С2 ехр
(C.1F)
*т - С, sh (С2Г) + Сг ch (C2W)'
(16)
Эффективность эмиттера может быть представлена в следующем виде:
Здесь Ip :и In - инжекционные токи, втекающие iB базу и эмиттер
соответственно; 1Т - ток поверхностной рекомбинации, равный IR
exp,(i[H//irj), где Ir и tj-постоянные (обычно ll<tj<2) и 1Ро= -
qDpAtPn^Ci+CioihCiW). Для распределения примеси .(рис. 2,а)
ppo(pi)"/ino(rtl) и током 1п в уравнении '(117) можно пренебречь.
U0
а
0
6 0,8 3
f W
Oj
с:
1 0,4
CL>
Ь,2 6-& ' е о
а, - ..
y'w) rv (L=0fi1y / У/
// У / g '// \/ ' 0,5 У У^ У S 1,0/ Р"г X / /' Усч -,
- / /' /' / / ^ / у / / / уу
4,0
да"
да"
Рис. 6. Малосигнальное значение и величина коэффициента передачи тока для
большого сигнала как функция тока и ширины базы для транзистора со
следующими параметрами.
