Главная  Линейные элементы 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

где р = а/(1-а)-коэффициент передачи тока базы при нормальном включении ); Pi = а (1 - ai) - коэффициент передачи тока базы при инверсном включении.

Нетрудно преобразовать ур-ния (2.38) к уравнениям, в которых токи /в, «к, 1б выражены как явные функции напряжений на переходах Us, Uk и тепловых токов; последние уравнения называются уравнениями Эберса - Молла:

Ло(1 + Р

-l)-/KoP.(e?-l) -/ко(1 + Р)(е"- l)

1/зо(1 + Р/)(е- i) + /ko(I + P)

(ех i)

. (2.39а)

Можно, наоборот, выразить напряжения на переходах в виде явных функций токов, например:

Для анализа работы транзистора в схеме оказываются полезными известные соотношения [8]

а/эо = а ко

р + 1

/эО = -

•ко-

(2.4б) (2.41)

Уравнения Эберса - Молла аналитически описывают статические характеристики идеального транзистора; в них фигурируют напряжения на переходах, отличающиеся от напряжений между внешними выводами реального транзистора (из-за наличия объемных сопротивлений г, г, rg) и не учитываются, в частности, токи утечки через переходы.

Однако в первом приближении характеристики реального и идеального транзисторов близки и, кроме того, зная характеристики последнего, нетрудно в соответствии с эквивалентной схемой учесть напряжения на слоях и построить характеристики, более точно отражающие зависимости между токами и напряжениями в реальном транзисторе (так, например, напряжение из отличается от Ua на величину /"б/б).

Рассмотренные эквивалентные схемы содержат нелинейные элементы (диоды). На практике характеристики последних обычно •аппроксимируются кусочно-ломаными, и усредненные сопротивле-

1) В настоящей книге через Р обозначены и интегральная и дифференциальная величины коэффициента передачи тока базы.



ния диодов (/"к, Гд) учитывают в эквивалентной сх-еме включением соответствующих резисторов.

Эквивалентные схемы и соответствующие им уравнения можно использовать не только для расчета статических режимов транзисторов, но и для анализа переходных процессов, если учесть временные зависимости коэффициентов передачи р, а, обусловленные инерционностью транзистора, и барьерные емкости коллекторного (Ск) и эмиттерного (Сд) переходов.

На рис. 2.15а приведено семейство типичных выходных статических характеристик транзистора «к -/(«к, к); на том же рисунке нанесена нагрузочная линия АВ, соответствующая уравне-



Рис. 2.15

нию Кирхгофа для схемы ОЭ (рис. 2.13): = «кк + "к. Координаты (/к, Uk) точек пересечения нагрузочной прямой с характеристиками транзистора определяют режимы схемы. На рис. 2.156 приведена входная характеристика транзистора «6 =/("б, «к).

Особенности модели транзисторов ИС

Биполярные транзисторы в интегральных схемах являются дрейфовыми транзисторами, обычно типа п-р-п [последнее обусловлено в основном преимуществами технологии производства транзистороа типа п-р-п, а также лучшими частотными свойствами этих транзисторов вследствие большей подвижности неосновных носителей (электронов) в кремниевой базе].

По способу изоляции различают две структуры биполярных транзисторов: транзисторы, изолированные диэлектрическим (обычно Si02) слоем (рис. 2.16а), и транзисторы, изолированные обратно смещенным переходом (рис. 2.166). Для конструкции транзисторов ИС характерно то, что все контакты к различным областям транзистора (эмиттеру, базе, коллектору) располагаются на поверхности кристалла ИС; это приводит, в частности, к тому.



что объемное сопротивление коллектора имеет относительно большую величину, чем в дискретных транзисторах.

Рассмотренные выше приближенные модели (эквивалентные схемы, уравнения Эберса-Молла) отражают физические процессы и. описывают соотношения между токами и напряжениями не только в дискретных, но и в интегральных транзисторах с диэлектрической изоляцией. Интегральный же транзистор, изолированный п-р-переходом, оказывается уже не трехслойной п-р-п-структурой, а четырехслойной типа п-р-п-р (рис. 2.7а). Этой структуре можно поставить в соответствие составной транзистор (рис. 2.76), состоящий из основного транзистора типа п-р-п и паразитного - типа р-п-р, в котором роль коллекторного перехода выполняет изолирующий п-р-переход. На практике подложка (р-область) транзистора при помощи специального вывода подключается к точке с самым


К к э

VZZZZ.

Подложка

SLO2

Рис. 2.16

низким потенциалом в схеме. Поэтому п-р-переход коллектор- подложка во всех режимах работы схемы оказывается смещенным в обратном направлении и этим достигается изоляция транзистора. Однако этот закрытый переход оказывает определенное влияние на характеристики основного транзистора, что и будет отмечено ниже при рассмотрении статических и переходных режимов.

Статические режимы ключа

t-Б ключевых схемах используются два статических режима: режим выключения, когда транзистор закрыт, и режим включения- режим открытого транзистора; в последнем случае транзистор работает либо в активной области, либо в области насыщения.

Управление ключом осуществляется подачей уровней напряжения Е° и £: при подаче на вход уровня ключ выключек, а при подаче уровня - включен.Шри этом рассматриваемый ключ реализует логическую функцию инвертора (элемента НЕ): сигналу О

(т. е. низкому уровню £") на входе соответствует сигнал 1 (высокий по абсолютному значению уровень напряжения) на выходе и, наоборот, сигналу 1 (т. е. £) на входе соответствует О на выходеТ

Рассмотрим свойства и параметры ключа ОЭ в статических ре-. жимах.

[Режим выключения. В режиме выключения оба р-п-пере-хода~транзистора - коллекторный и эмиттерный - смещены в об-



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [ 26 ] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84] [85] [86] [87] [88] [89] [90] [91] [92] [93] [94] [95] [96] [97] [98] [99] [100] [101] [102] [103] [104] [105] [106] [107] [108] [109] [110] [111] [112] [113] [114] [115] [116] [117] [118] [119] [120] [121] [122] [123] [124] [125] [126] [127] [128] [129] [130] [131] [132] [133] [134] [135] [136] [137] [138] [139] [140] [141] [142] [143] [144] [145] [146] [147] [148] [149] [150] [151] [152] [153] [154] [155] [156] [157] [158] [159] [160] [161] [162]

0.0017