Физические параметры транзистора на низких частотах

Дифференциальные системы Z-,Y-,Н-параметров называются внеш­ними, так как они измеряются на зажимах четырехполюсника. Поэтому величины этих параметров зависят от схемы включения транзистора. При анализе работы схем нашли широкое распространение физические параметры транзистора, связанные с физическими процессами в нем и не зависящие от способа включения транзистора. Используя эти параметры, можно составить малосигнальную физическую эквивалентную схе­му транзистора для переменных токов и напряжений. При переходе от одной схемы включения транзистора к другой численные величины его физических параметров не изменяются, а меняется лишь их местополо­жение в эквивалентной схеме. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода rэ опреде­ляется отношением приращения напряжения на эмиттерном переходе к приращению тока эмиттера при коротком замыкании в цепи коллектора по переменному току:

здесь − напряжение между эмиттером и базой,

− ток эмиттерного перехода;

− напряжение между коллектором и базой.

Из выражения 3.1 определяем:

.

Таким образом, дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода равно:

(3.31)

где в миллиамперах.

Например, при = 1 мA и T = 300K; = 26 Oм.

Из-за малой величины сопротивления емкость прямовключенного
эмиттерного перехода на низких частотах оказывается шунтированной сопротивлением , ее влияние на работу транзистора незначи­тельно, и в низкочастотной физической эквивалентной схеме величину можно не учитывать.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода оп­ределяется отношением приращения напряжения на коллекторном пере­ходе к приращению тока коллектора , которое вызывается изменением напряжения , в режиме холостого хода по переменному току в цепи эмиттера:

здесь U_к − напряжение между коллектором и базой;

I_к − ток коллектора;

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода определяется выражением

(3.32)

где L_р – диффузионная длина дырок.

Ток коллектора I_к протекает через коллекторный переход, смещенный в обратном направлении, и слабо зависит от напряжения на коллекторном переходе. Величина велика, обычно > 0,1МОм. Дифференциальное сопротивление коллектора в основном определяется эффектом модуляции ширины базы и токами утечки.

С изменением коллекторного напряжения граница коллекторного перехода смещается. Переход как бы движется навстречу дыркам при увеличении напряжения U_к на обратно смещенном переходе и “отступает” при уменьшении этого напряжения. В результате градиент концентрации неравновесных дырок в базе растет при уменьшении ширины базы и убывает при увеличении ширины базы, вызывая изменение скорости диффузионного движения неравновесных носителей в базе и изменение количества дырок, рекомбинирующих при диффузионном перемещении от эмиттера к коллектору. Это приводит к зависимости коэффициента диффузионного переноса неравновесных дырок , а, следовательно, к зависимости коэффициента передачи тока эмиттера от напряжения на коллекторном переходе. В результате изменения ( = I_к =const) с изменением напряжения на коллекторе меняется ток коллектора, что обусловливает конечную величину дифференциального сопротивления коллектора , которое носит диффузионный характер:

, (3.33)

здесь – коэффициент передачи тока эмиттера;

– ширина базы.

Обратносмещенный коллекторный переход обладает емкостью C_к, которая определяется отношением приращения объемного заряда в переходе к приращению коллекторного напряжения при разомкнутой цепи эмиттера. Обычно емкость C_к гораздо меньше емкости прямосмещенного C_э эмиттерного перехода. Однако емкость C_к шунтирует большое сопротивление и поэтому с ростом частоты оказывает су­щественное влияние на работу транзистора. В справочниках приводится емкость Cк, измеренная между коллекторным и базовым выводами на заданной частоте при отключенном эмиттере и обратном смещении на коллекторе.

Полупроводниковый материал базовой области и базовый контакт
обладают некоторым омическим сопротивлением для тока основных
носителей базы, протекающего в цепи базы. Как показывают расчеты,
величина объемного сопротивления базы определяется соотношением

здесь q − заряд электрона

− подвижность основных носителей базы;

− концентрация доноров в n-базе;

−ширина базы.

C увеличением ширины базы и концентрации примеси ее объемное
сопротивление уменьшается и наоборот. Увеличение увеличивает
потери во входной цепи и приводит к снижению эффективности эмиттера. Физически увеличение должно уменьшать ток эмиттера при
постоянном напряжении между эмиттером и базой, так как это напряжение перераспределяется между эмиттерным переходом и сопротивлением . Для повышения эффективности эмиттера и уменьшения потерь мощности входного сигнала объемное сопротивление базы необходимо уменьшать.

Введение сопротивления в цепь базы учитывает внутреннюю связь в транзисторе и влияние модуляции ширины базы на эмиттерный ток. Однако такой учет не всегда дает необходимую точность и тре­бует введения дополнительного сопротивления , названного диффузионным. Поэтому цепь базы характеризуется суммарным сопро­тивлением:

(3.34)