Уравнения, описывающие электрические характеристики БТ в динамическом режиме

Рассмотрим эффекты накопления заряда в устройстве на примере модели Э-М. Накопление заряда в БТ моделируется включением трех типов конденсаторов: двух нелинейных конденсаторов, учитывающих барьерные емкости p-n-переходов, двух нелинейных конденсаторов, учитывающих диффузионные емкости переходов, и постоянного конденсатора перехода подложки [1].

Заряд, связанный с подвижными носителями в БТ, моделируется диффузионными емкостями. Этот заряд разделен на две составляющие: один связан с опорным источником коллекторного тока ICC, и другой с опорным источником тока эмиттера IEC. Каждый компонент отображается конденсатором.

Чтобы вычислить диффузионную емкость, связанную с ICC, необходимо рассмотреть общее число подвижных зарядов, связанных с этим током. Поэтому примем, что переход Б-Э прямо смещен и VBC=0.

Для упрощенного одномерного случая постоянно легированной базы, незначительной рекомбинации в базе, и низкого уровня инжекции в БТ (см. рисунок 13), сумма подвижных зарядов QDE, связанная с ICC, может быть записана как сумма отдельных неосновных зарядов:

,(45)

где QE – заряд неосновных носителей, запасенный в эмиттерной области, QJE – заряд неосновных носителей в обедненной области перехода Э-Б, связанный с ICC (обычно принимают равным нулю), QBF – заряд неосновных носителей, накопленный в нейтральной области базы, QJC- заряд неосновных подвижных носителей в обедненной области перехода К-Б, связанный с ICC.

Рисунок 13 – Поперечный разрез n+-p-n- -транзистора, показывающий размещение компонент заряда [1]

Чтобы определить диффузионную емкость, необходимо рассмотреть только одну составляющую. Из уравнения (45) полный заряд подвижных носителей, связанный с ICC может также быть выражен как [1]

,(46)

где tE – время задержки эмиттера; tEB - время пролета через ООЗ перехода Э-Б; tBF - время пролета базы; tCB - время пролета ООЗ перехода Б-К; и tF - общее прямое время пролета (принятое здесь постоянным), которое представляет среднее время для неосновных носителей, необходимое для того чтобы диффундировать через нейтральную область базы из эмиттера к коллектору. tЕB стремится к нулю.

Подобный анализ общего заряда подвижных носителей, связанного с IEC приводит к

(47)

где QC – заряд неосновных подвижных носителей, накопленный в нейтральной области коллектора; QJC – заряд неосновных носителей в ООЗ перехода К-Б, связанный с IEC; QBR – заряд неосновных носителей, накопленный в нейтральной области базы; QJE - заряд неосновных носителей в ООЗ Э-Б, связанный с IEC. Если заряд QJC принять равным 0, тогда из уравнения (47) следует

,(48)

где tC – время задержки коллектора, tBR - обратное время пролета Б, и tR - полное обратное время пролета (принят постоянным). tСB стремится к нулю.

Два заряда QDE и QDC моделируются двумя нелинейными конденсаторами

(49)

как показано на рисунке 14.

Рисунок 14 – Модель Эберса-Молла для большого сигнала

С ростом приращений на переходах неподвижные заряды QJE и QJC, накопленные в обедненных областях БТ, могут быть смоделированы двумя конденсаторами – называемыми барьерными емкостями. Эти емкости, обозначенные CJE для перехода Б-Э и CJC для коллекторного перехода, включены в модель, как это показано на рисунке 14. Каждая емкость перехода - нелинейная функция от напряжения на выводах перехода, с которым соединена.

В [1] показано, что обе эти зависимости имеют следующий вид:

(50)

где CJ(0) – барьерная емкость при нулевом смещении, V – приложенное напряжение, f - контактная разность потенциалов перехода, m – показатель плавности перехода.

Для эмиттерного перехода и коллекторного переходов коэффициенты плавности равны по умолчанию mE = mC = 0,33.

Чтобы получить неподвижные заряды QJE и QJC, необходимо проинтегрировать барьерные емкости по их напряжению, то есть

(51)

Перейти на страницу: 1 2

Другие публикации

Особенности записи сигналов изображения
Физические процессы, протекающие при магнитной записи сигналов изображения (видеосигналов), такие же, как при записи звуковых сигналов. Однако, отличие характеристик ...

Восьмиполосный стереофонический корректор
Качество конструкции РЭС, а так же оптимальность самого процесса конструирования (сроки, трудозатраты) зависят не только от организации процесса конструирования, но ...

Меню

Copyright @2020, TECHsectors.ru.