Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






Работа биполярного транзистора на высокой частоте.




Элементы инерционности биполярного транзистора:

 
 


Rэ; Rб; Rк - объёмные сопротивления областей эмиттера, базы и коллектора.

rэ; rк - дифференциальные сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов.

Сэ; Ск - ёмкости эмиттерного и коллекторного переходов.

Loэ; Loк -ширина обеднённых слоёв(областей) эмиттерного и коллекторного переходов.

Wб - физическая толщина базы.

Определение: частоту можно считать высокой, если период колебания соизмерим со временем протекания физических процессов в электронном приборе.

Быстродействие биполярного транзистора определяется временем переноса носителя из эмиттера в коллектор: τS = τэ к = τэ+ τб + τкп + τк, где

τэ»Сэ rэ (при Rэ стремящимся к нулю) – это постоянная времени эмиттерного перехода;

τб = W2б / D h - среднее время пролёта электрона через базу (h = 2 для дрейфового и h = десяткам - для бездрейфового транзисторов; D – коэффициент диффузии);

τкп = Lк /Vдр нос - время пролёта носителя через коллекторный переход (Vдр - скорость дрейфа);

τк = Ск Rк - (при rк ® ¥) – постоянная времени коллекторного перехода.

Важнейший табличный параметр – граничная частота биполярного транзистора - fгр=1/τS.

Графически fгр определяется при условии h21 э = 1» h21 б

 

Для увеличения граничной частоты fгр необходимо:

- уменьшать площади эмиттерного и коллекторного переходов – при этом уменьшается ёмкость этих переходов;

- уменьшать толщину базы, при этом уменьшается пролёта электрона через базу - τб;

- использовать дрейфовый биполярный транзистор, а не бездрейфовый;

- использовать структуру n-p-n; - использовать сплав GaAs.

Эти требования – противоречивы: например - если уменьшать площадь перехода, то сни-жается величина рабочих токов, а если уменьшать толщину базы – то уменьшается допус-тимое рабочее напряжение коллектора и так далее. Поэтому высокочастотные свойства би-полярного транзистора – это результат конструктивных компромиссов.

Граничная частота fгр зависит и от рабочего режима:

1-ая область - область малого уровня инжекции – увели-чивается дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода rэ, т.е. увеличивется постоянная времени этого перехода τэ и в результате снижается граничная частота fгр.

2-ая область - область большого уровня инжекции – появля-ется эффект Кирка: при большом токе эмиттера - в базе резко увеличивается количество электронов, что по принципу электронейтральности повышает и количество дырок, область коллекторного перехода смещается в сторону коллектора, база расширяется, при этом увеличивется τб и уменьшается fгр.

 

Гетероструктурные биполярные транзисторы.

Основные недостатки дрейфовых транзисторов:

1. Для уменьшения постоянной времени τб базы необ-ходимо сильно легировать область базы на границе с эмиттером, однако это ухудшает эффективность эмиттера γ.

2. На границе с коллектором база легирована слабо, поэтому появляются эффект Эрли (эффект модуляции базы) и возникает ПОС (положительная обратная связь).

Эти недостатки можно устранить используя в качестве эмиттерного перехода – гетеропереход, а в качестве базы- вариозонный (т.е. с переменной шириной запрещённой зоны) полупроводник.

Преимущества гетероэмиттерного вариозонного БТ:

1. Поскольку з э > DЕзб , то при Uпр = φк идёт инжекция только электронов, поэтому эффективность эмиттера γ = Iэ n /(Iэ n + Iэ p + Iэ рек)»1, т.к. Iэ p = 0, а

Iэ n >> Iэ рек при рабочих токах эмиттера.

2. База высоколегированна, т.е. Na б >>Nд э и Na б >>Nд к , причём она легирована равномерно, но з б > DЕз’’б

т.к. по длине базы меняется концентрация (примерно на 30%) добавочного элемента (например Al в сплаве GaAlAs), определяющего ширину з б.

В результате электроны в базе ускоряются, а дырки не ускоряются (c ® 1, см. стр 3 - коэффициенты передачи тока БТ) – область обеднения при обратном смещении Uобр кп на коллекторном переходе смещается в коллектор и при этом отсутствует положительная (по знаку) обратная связь (ПОС).

 

Экспериментальные гетероструктурные биполярные транзисторы имеют характеристики:

материал структуры – GaAlAs – GaAs или GaP - AlGaP; ширина базы Wб = 0,1¸0,3мкм; коэффициент передачи по току h21 = β» 1000; рабочая температура Т0С = -195 ¸ + 550; граничная рабочая частота fh21э» 20 ГГц.

 

Простейшая модель биполярного транзистора – модель Эберса-Молла.

 

Эта модель позволяет получить аналитические выражения для любых вольтамперных характеристик биполярного транзистора включенного по схемам с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором. Недостаток этой модели в том, что она не учитывает сопро-тивления эмиттера, базы, коллектора (Rэ,Rб,Rк), не учитывает токи рекомбинации носителей Iрек и обратный ток коллектора Iк о, а так же не учитывает эффекты Эрли (изменение ширины базовой области при изменении напряжений Uэб и Uкб на переходах,см. стр.7) и Кирка (при больших токах коллектора увеличивается время задержки τэ к и поэтому ограничивается значение рабочего тока Iэ).

VD1 – модель ЭП

VD2 – модель КП

αI 1 – моделирует передаточный ток эмиттер – коллектор

αI 2 – моделирует передаточный ток коллектор - эмиттер






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных