Полупроводники с электронной электропроводностью
ТОКИ В ПОЛУПРОВОДНИКАХ
КОНТАКТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Прямое включение p-n перехода
Теоретическая вольтамперная характеристика p-n перехода
Емкости p-n перехода
Контакт между полупроводниками одного типа электропроводности
Явления на поверхности полупроводника
Стабилитроны и стабисторы
Варикапы
Физические процессы в бездрейфовом биполярном
Статические характеристики биполярных транзисторов
Влияние температуры на статические характеристики БТ
Линейная (малосигнальная) модель биполярного транзистора
Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов
Работа транзистора в режиме переключения
Полевой транзистор с p-n переходом
Полевой транзистор с изолированным затвором
Навигация
Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов
Физические основы электроники
127540
знаков
21
таблица
0
изображений
3.6 Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов
Рассмотренное выше позволяет сделать следующие выводы. Для улучшения частотных свойств (повышение предельной частоты ) рекомендуется следующее.
1. Уменьшать время пролета инжектированных носителей в базовой области, т.е.
а) уменьшать ширину базовой области WБ;
б) создавать n-р-n транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза;
в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвижность носителей выше. Еще большие возможности открывает использование арсенида галлия.
2. Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжектированных из эмиттера носителей. Последнее возникает при неравномерном распределении примесей в базе по направлению от эмиттера к коллектору (рисунок 3.12). Концентрацию около эмиттера делают примерно в 100 раз больше, чем около коллектора.
Рисунок 3.12 К образованию электрического поля в базе дрейфого БТ.
Появление поля объясняется просто. Так как концентрация основных носителей в любой точке базы (дырок n-р-n транзистора) приблизительно равна концентрации примесей в этой точке, то распределение примесей Na(х)одновременно будет и распределением дырок p(х). Под влиянием градиента концентрации дырок будет происходить их диффузионное движение к коллектору, приводящее к нарушению условия электрической нейтральности: около эмиттера будет избыток отрицательного заряда ионов акцепторов, а около коллектора - избыток положительного заряда дырок, которые приходят к коллекторному переходу, но не проходят через него.
Нарушение электрической нейтральности приводит к появлению внутреннего электрического поля в базовой области (минус у эмиттера, плюс у коллектора). Появляющееся поле, в свою очередь, вызовет встречное дрейфовое движение дырок. Нарастание поля и дрейфового потока будет происходить до того момента, когда дрейфовый и диффузионный токи дырок уравняются. Легко видеть, что установившееся (равновесное) значение поля будет ускоряющим для электронов, которые входят в рабочем режиме из эмиттера в базу и будут уменьшать их время пролета, т.е. повышать предельную частоту БТ.
Биполярные транзисторы с неравномерным распределением примесей в базе, приводящим к появлению ускоряющего поля, называются дрейфовыми, а обычные - бездрейфовыми. Практически все современные высокочастотные и сверхвысокочастотные БТ являются дрейфовыми.
Уменьшение времени пролета в базовой области n-р-n транзистора при
экспоненциальном законе убывания концентрации акцепторов от Nа(0) до Nа(WБ) учитывается коэффициентом неоднородности базы:
h=0,5ln[NА(0)/NА(WБ)]
Поэтому [см. (5.93)] можно написать
Для бездрейфовых транзисторовh=0 , а типичные значения для дрейфовых транзисторов .
3. Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и увеличения ширины переходов (выбором концентрации примесей и рабочего напряжения).
4. Уменьшать омическое сопротивление областей базы r½ББ.
5. Уменьшать время пролета носителей в области коллекторного перехода.
Следует отметить, что ряд требований несовместимы и необходимо при создании транзисторов применять компромиссные решения.
3.7 Работа транзистора в усилительном режиме
При работе транзистора в различных радиотехнических устройствах в его входную цепь поступают сигналы, например переменные напряжения. Под действием входного переменного напряжения изменяются входной и выходной токи транзистора.
Для выделения полезного сигнала в выходную цепь транзистора включают элементы нагрузки. В простейшем случае нагрузкой может служить резистор Rк. На резисторе нагрузки за счет прохождения выходного тока выделяется, кроме постоянного, переменное напряжение. Амплитуда этого напряжения зависит от амплитуды переменной составляющей выходного тока и сопротивления резистора Rк и может быть больше входного напряжения. Процесс усиления сигнала удобно рассмотреть на примере простейших усилителей.
Простейшая схема усилителя на транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, показана на рисунке 3.13.
Коллекторная цепь состоит из резистора Rк и источника Ек, а цепь базы - из источников тока IБ0 и IБm Источник IБ0 обеспечивает положение исходной рабочей точке на участке характеристик с наименьшей нелинейностью. Источник IБm- источник сигнала. В качестве выходного используется переменное напряжение, выделяемое на резисторе нагрузки Rк (на коллекторе транзистора).
Рисунок 3.13 Схема усилителя на БТ.
Работа такого усилителя поясняется временными диаграммами токов и напряжений, изображенными на рис. 3..
При IБm =0 токи базы и коллектора будут определяться токами в рабочей точке (IБ 0, IК 0)и напряжением на коллекторе UК0= ЕК-IК 0 × Rк
Рисунок 3.14 Временные диаграммы усилителя.
Во время положительного полупериода входного тока (рис. 3.14, а) прямое напряжение эмиттерного перехода увеличивается, что вызывает рост тока коллектора (рис. 3.14, б) и уменьшение напряжения UКЭ за счет увеличения падения напряжения на сопротивлении коллектора (рисунок 3.14, в). Если работа происходит на линейных участках характеристик транзистора, то формы переменных составляющих токов базы и коллектора совпадают с формой входного напряжения, а переменное напряжение на коллекторе, обусловленной переменной составляющей коллекторного тока, оказывается сдвинутым относительно входного напряжения на 1800. При соответствующем выборе сопротивления нагрузки Rк амплитуда переменного напряжения на выходе такого усилителя Umвых=IКmRк может значительно превышать амплитуду входного напряжения. В этом случае происходит усиление сигнала. Расчет параметров усиления дан в [4].
3.8 ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА В ИМПУЛЬСНОМ РЕЖИМЕ
3.8.1 Работа транзистора в режиме усиления импульсов малой амплитуды
Если транзистор работает в режиме усиления импульсных сигналов малой амплитуды, то такой режим работы в принципе не отличается от линейного усиления малых синусоидальных сигналов. Импульс в этом случае может быть представлен в виде суммы ряда гармонических составляющих. Зная частотные свойства транзистора, можно определить искажения формы импульсов, возникающие при усилении.
Схема импульсного усилителя не отличается от схемы усилителя гармонических сигналов (рисунок 3.13).
Похожие работы
... условиям эксплуатации и конструктивным показателям, могут образовывать семейства серий интегральных схем. 2. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Логические и запоминающие элементы составляют основу устройств цифровой обработки информации – вычислительных машин, цифровых измерительных приборов и устройств автоматики. Логические элементы выполняют простейшие логические ...
... соединение “точка-точка” со скоростью до 3 Гб/с. 6. Как работают программы восстановления данных Каждый только что удаленный файл все еще находится на жестком диске, но Windows его больше не видит. Если программе восстановления данных необходимо восстановить этот файл, она просматривает загрузочный сектор раздела (Partition Boot Sector). В нем содержится вся информация о строении раздела, ...
... электротехнических и электронных устройств, в которых используется явление резонанса напряжения. Литература 1. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. - М.: Высшая школа, 1984, с.53 - 58. 2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с.73 - 77. Лабораторная работа №5 КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Цель работы. Ознакомление с методом повышения ...
... корпускулярные свойства его света, а волновые себя практически не проявляли. Впрочем, это и следует из таблицы.Полупроводниковые устройства. Для начала рассмотрим принцип действия полупроводниковых приборов. Поскольку для компьютера наиболее важными является транзисторы, именно ими мы рассмотрение полупроводниковых устройств и ограничим. Полупроводниками называют группу элементов и их соединений, ...
0 комментариев