Вплив домішок на товщину збідненої області p-n переходу

1. Первый вопрос

1.18 Зобразити аналітично та пояснити фізично, яким чином
концентрація домішок впливає на товщину збідненої області p-n
переходу.

2. ПАРАМЕТРИ ПЕРЕХОДУ ПРИ ЗМІЩЕННІ

•При прикладанні зовнішньої напруги товщина ОПЗ p-n переходу змінюється. Вона визначається виразом:
d = d n + dp=
•З формули випливає, що товщина ОПЗ залежить від ступеня легування напівпровідників (концентрації домішок)
та від прикладеної напруги.
.
Чим вища концентрація домішок n(p) областей ND,
NA, тим вужчий перехід. Для величин dn та dp існує
закономірність = тобто
товщина ОПЗ в p і n областях обернено
пропорційна концентраціям домішок в них.
Якщо ND>> NA, тоді отримаємо
d ~ d p=
Аналогічно при ND<< NA
d ~ dn=
З формул випливає, що збільшення прямої зовнішньої напруги на переході приводить до розщеплення рівня
Фермі, зменшення товщини ОПЗ. Фізично це зумовлено тим, що при прямому включенні основні носії заряду
змушені рухатися в напрямі від омічних контактів до збідненого шару переходу, збагачуючи його. Опір
переходу зменшується, сам перехід звужується. Збільшення зворотної напруги на переході приводить до
збільшення його товщини. У цьому випадку основні носії заряду зміщуються в різні сторони від
p n переходу, і збіднений шар ще більше збіднюється на рухомі носії, його опір збільшується, а ОПЗ
розширюється.
2

3. Второй вопрос

• 3.21 Зобразити статичні вихідні характеристики БТ у схемі із
спільною базою та пояснити їх вигляд.

4. СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БТ У СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНОЮ БАЗОЮ

СТАТИЧНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ БТ У
СХЕМІ ЗІ СПІЛЬНОЮ БАЗОЮ
•При негативній напрузі на колекторі характеристика зміщується вгору, в бік більших струмів емітера.
•Причина цього зміщення:
• при збільшенні негативної UКБ зменшується активна ширина бази , зростає градієнт концентрації дірок
у базі (рис.), і тому при незмінній напрузі UЕБ збільшується IЕ;
• при збільшенні запірної напруги UКБ на КП зростає зворотний струм колектора IКБ0, який, проходячи через
розподілений опір бази rБ, створює на ньому падіння напруги зворотного зв’язку UЗЗ (рис.). Ця напруга,
узгоджена з напругою UЕБ за напрямом, сприяє більшому відкриванню ЕП і зростанню внаслідок цього
струму IE.
•Під впливом перелічених причин у емітерному колі БТ при UЕБ і негативній напрузі на колекторі
протікає невеликий струм емітера. Для того щоб його усунути, потрібно до емітера прикласти
невелику негативну напругу.
Модуляція товщини бази БТ та її вплив на
розподіл концентрації неосновних носіїв
Утворення напруги зворотного зв’язку
на розподіленому опорі бази
4

5. ВИХІДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

•Це графіки залежності I = f(U
K
Вихідні характеристики БТ у ССБ
КБ
) IЕ = const, зображені на рисунку.
Ураховуючи вплив напруги UКБ на зворотний струм колектора, рівняння для цього струму можна записати у
вигляді
= ( 1).
Одержана формула описує вихідні характеристики при різних струмах емітера.
•Межею між режимом відсічки ( < 0) і активним режимом (> 0) є характеристика при 0, яка є зворотною гілкою
ВАХ КП. При збільшенні негативної напруги U КБ струм колектора швидко досягає значення I КБ0. Подальше
зростання зумовлюється зростанням струмів генерації та витоку КП. При деяких високих напругах UКБ
(для транзистора МП14 при ці напруги перевищують 15 В) у КП виникає пробій, що супроводжується значним
зростанням колекторного струму.
Статичні вихідні характеристики БТ зі
спільною базою
5

6. ВИХІДНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ

•При > 0 вихідні характеристики зменшуються в бік більших колекторних струмів на величину
формулою.
згідно з
•У загальному випадку це зміщення має нееквідистантний характер, тобто однаковим приростам вхідного струму
відповідають нерівні прирости вихідного струму . Це явище викликане залежністю, зображеною на рисунку, яка
свідчить, що статичний коефіцієнт передачі струму не є сталою величиною для різних струмів емітера. Для
більших колекторних та емітерних струмів пробій КП відбувається при менших напругах і може перетворитися в
тепловий.
•З метою унеможливлення пробою режим роботи приладу треба вибирати нижче кривої максимально
допустимої потужності PKmax, що розсіюється колектором (пунктирна гіпербола на рисунку).
•При > 0 та > 0 переходи транзистора вмикаються у прямому напрямі, і прилад переходить до режиму насичення. У
цьому режимі різко зменшується , тому що зростає інжекційна складова колекторного струму, яка компенсує керовану,
екстракційну складову.
6

7. Третий вопрос

• 4.15 Пояснити за допомоги еквівалентних схем частотні
властивості ПТ.

8. ЧАСТОТНІ ВЛАСТИВОСТІ ПТ

Для аналізу поведінки польових транзисторів на різних частотах використовують еквівалентну схему рис.
У цій схемі враховано, що підкладка в ПТКП з’єднується із затвором, а в МДН – транзисторах – з витоком.
Елементи rC та rB - це опори ділянки НП, які знаходяться між омічними контактами стоку, витоку і затвора.
Елемент rКсер - це середній розподілений опір каналу, через який заряджається і розряджається ємність між
затвором і витоком СЗВ. Елементи RСЗ і RЗВ - це опори ввімкнених у зворотному напрямі клерувальних p-n
– переходів у ПТКП або опори між стоком і затвором, затвором і витоком у МДН - транзисторах. Джерело
струму SПТ відображає процес керування вихідним струмом ПТ за допомогою вхідної напруги U ЗВ, riПТ внутрішній опір ПТ. Опори rC та rB у ПТКП становлять десятки Ом, у МДН - транзисторів – частки Ом.
Опори RСЗ і rКсер великі та для ПТКП становлять сотні кілоомів, а для МДН - транзисторів досягають
значень Ом. Значення ємностей СЗВ і ССВ становлять (3 - 20) пФ, а ємність ССЗ не перевищує 10 пФ.
•Частотні властивості ПТКП визначаються здебільшого ділянкою затвор - витік (фрагмент схеми
(рис.) з елементами СЗВ, rКсер, RЗВ). Вхідна змінна напруга UЗВ розподіляється між ємністю СЗВ і середнім
опором каналу rКсер. Безпосередньою керувальною напругою, під дією якої змінюються товщина – p-n
переходу і ширина каналу, є напруга, прикладена до ємності СЗВ.
Еквівалентна схема польового транзистора

9. ЧАСТОТНІ ВЛАСТИВОСТІ ПТ

•При збільшенні частоти реактивний опір ємності СЗВ зменшується, що приводить до перерозподілу
напруги UЗВ на елементах СЗВ та rКсер і до зменшення керувальної напруги UCЗВ. Отже, при збільшенні
частоти вхідної напруги підсилювальний ефект транзистора зменшується. Частоту, на якій rКсер=,
називають граничною частотою ПТКП З (частотою затвора).
•Тобто
З= .
З формули випливає, що гранична частота ПТКП залежить від напруги зміщення U ЗВ0, оскільки від
цієї напруги залежить товщина p-n– переходу, тобто і r Ксер.
•Крім швидкості перезарядження ємності (тобто сталої часу кола затвора З = =1/ З), на частотні
властивості ПТКП впливає час прольоту носіїв заряду через канал. Якщо час прольоту виявиться
сумірним з періодом вхідного сигналу, то зміна струму стоку не встигає слідкувати за зміною
керуювальної напруги на затворі, і динамічна крутизна ПТ зменшується. Але в реальних ПТКП довжина
каналу дорівнює 5-10 мкм. Тому час прольоту виявляється значно меншим від сталої часу затвора З і
його можна не враховувати.
•Граничну частоту МДН - транзисторів визначають за формулою
гр=
або
fгр= ,
де S - крутизна характеристики приладу.
•Для МДН - транзистора, у якого = 5 пФ і S = 5 мА/В, гранична частота fгр=160 МГц.