Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
ЗІ
Кафедра:
Кафедра напівпровідникової електроніки
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Твердотільна електроніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ,МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра
Напівпровідникової
електроніки
Курсова робота з курсу:
"Твердотільної електроніки"
Розрахунок бездрейфового біполярного транзистора
Завдання для курсової роботи.
Розрахувати і проектувати напівпровідниковий бездрейфовог біполярного транзистора.
Вихідні дані для розрахунку транзистора.
Табл.1.1
№
н/п
Uк, В
Ie, мА
w1, мкм
w2, мкм
w3, мкм
Rе, мм
Rк, мм
(е, Ом(см
Lе, мкм
(б, Ом(см
(б, мкс
(к, Ом(см
Lк, мкм
s, см(с-1
Rб, мм
1
Si
-10
1
50
80
130
0.5
0.7
4*10-3
6
2
25
3*10-2
6
1400
1.25
даній Uк- зворотня напруга на p-n- переході база-колектор, Iе- прямий струм p-n- переходу емітер- база, w1=wб- товщина активної бази, Le, Lк- дифузійні довжини для емітерної та колекторної областей, (е, (б, (к- питомий опір областей емітера, бази, колектора відповідно, (б- час життя неосновних носіїв в базі, s- швидкість поверхневої рекомбінації.
Зміст
Вступ
Завдання для курсової роботи…………………………………………..2
I Літературний огляд властивостей бездрейфового біполярного транзистора
1.1Структура і принцип дії біполярного транзистора………………..5
1.2 Семи вімкнення транзистора………………………………………...8
1.3 Конструктивні особливості бездрайфового біполярного транзистора…………………………………………………………………8
II. Розрахунок параметрів біполярного транзистора
Розрахунок коефіцієнтів підсилення за струмом в схемі ввімкнення транзистора зі спільною базою і спільним емітером………………9
Розрахунок опорів Т-подібної еквівалентної схеми транзистора….15
Розрахунок дифузійної і бар’єрної ємності переходів……………….17
Розрахунок частотного діапазону роботи транзистора……………..18
Розрахунок зворотних струмів р-п-переходів транзистора та аналіз впливу струму емітера на величину коефіцієнта підсилення………20
Розрахунок пробивних напруг транзистора…………………………..22
7Розрахунок малосигнальних параметрів транзистора як лінійного чотириполюсника…………………………………………………………23
Розрахунок граничної температури p-n-переходу та максимальної потужності розсіювання колектором транзистора……………………24
Розрахунок положення рівня Фермі в області емітера, бази і колектора та побудова енергетичної діаграми транзистора…………24
Розрахунок ВАХ колекторного переходу……………………………….25
Розрахунок залежності коефіцієнта α від напруги на колекторі…...27
Розрахунок бар’єрної ємкості колекторного переходу від напруги на колекторі та дифузійної ємності емітерного переходу від емітерного струму……………………………………………………………………….29
2.13Розрахунок залежності власного опору напівпровідника від температури…………………………………………………………………….30
2.14 Розрахунок залежності зворотного струму колектора від температури та струму, зумовленого процесами генерації в ОПЗ колекторного переходу………………………………………………………………………….31
Висновок……………………………………………………………………….35
Список використаної літератури…………………………………………..35
Вступ.
Курсову роботу з курсу «Твердотільна електроніка » виконав студент
3 курсу протягом 6 суместру.
Виконання курсової роботи має на меті закріпити і поглибити знання
з «Твердотільної електроніки» і розвинути вміння використовувати ці знання для розвязання конкрених завдань. Виконання курсової роботи
меє на меті перевірити на практиці отримані знання по розрахунку напівпровідникових біполярних приладів.
Тема курсової роботи містить такі напрямки роботи:
1)розрахункова робота, присвячена числовим розахункам параметрів і
характиристик біполярних напівпровідникових приладів, визначення і аналіз залежності параметрів приладів від зовнішніх умов, конструктивних особливостей і режимів роботи;
2)розрахуки присвячені розвопці і створенню лабораторних макетів
та установок для визначення праметрів і характиристик напівпровідникових приладів.
У звязку з широким застосуванням транзисторів сучасній техніці у мобілках, компютерах … де транзистори вакористовуються десятками тисяч у наш час є актуальним зменшеня їх розмірів і відпрацюванні
їх автомаизації випусту з високими характиристиками і довгим часом
роботи буз поломок.
I Літературний огляд властивостей бездрейфового біполярного транзистора
1.1Структура і принцип дії біполярного транзистора.
Біполярним транзистором називається електронний прилад з двома взаємодіючими pn-переходами. Pn-переходи утворюються трьома близько розташованими областями з чергуються типами електропровідності: pnp чи npn. Такі транзистори називають біполярними, так як їх робота заснована на використанні в якості носіїв заряду як електронів, так і дірок. Зразковий вид структури і позначення на схемах біполярних транзисторів представлені на рис.1.1, а. Жирної рисою показані невипрямляющіе контакти ; на рис.1.1, б дано позначення npn транзистора і pnp транзистора.
Рис. 1.1.Структерна схема біполярного транзисоратипу p-n-p i n-p-n
Преважно транзистор має три електроди які підєднані до областей з різним типом електропровідності.Ці нобласті називають емітером, базою і коллектором. Перехід на межі емітера-база називають емітерним , а на
межі база-колектор колекторним. Емітерну обласьть, як правило, легують
сьльніше порівняно з іншими, а перехід емітер-базавикористовують, звичайно,в режимі інжекції.основним призначенням колекториа є екстракція носіїв заряду збазової області, тому його розміриповинні бути
більшими , ніж у емітера.
Прнцип дії транзистоів обох типів однаковий, відмінісьть полягає лише
в тому, що в транзисторах зі структурою p-n-p основний струм, який
проходть через базу, створюється дірками, інжектованими з емітера,
атранзистора типу n-p-n - електронами. Під час роботи транзистора в режимі підсилення (активному режимі) емітер ний прехід зміщений у прямому напрямку, а колекторний – в зворотьньому.
Особливості біполярного транзистора полягає в взаємному впливі переходів один на одного, тобто струмом одного зпереходів можна керувати струмом іншого. Для ефективності впливу емітерного переходу
на колекторний необхідне дотримання таких основних вимог:
-ширина бази транзистора повинна бути меншою від дифузійної довжини інжектованих носіїв заряду (W0<Lp), де W0 –ширина бази,
Lp – дифузійна довжина дірок;
-концентрація основних носіїв заряду в базі повинна бути набагато меншою від їх концентрації в області емітера. Концентрація носіїв заряду в області колектора підтримують, звичайно, дещо меншою, ніж
в області емітера ;
-площа колекторного переходу повинна бути в декілька раз більшою
від плщі емітерного переходу.
Кожен з перехоів транзистора можна під’єдьнювати в прямому або зворотьньому напрямку. Залежно від цього розрізняють три режими роботи транзистора:
1)Активному режиму роботи транзистора відповідає відкритий стан емітерного переходу і закритий колекторний перехід. В цьому режимі переходи транзистора мають різну ширину: закритий колекторний перехід значно ширший ніж відкритий емітерний перехід. Окрім наскрізного потоку електронів, в структурі в активному режимі протікає інший потік, а саме, зустрічний потік дірок, що рухаються із бази в емітер. Два зустрічних потоки (дірок та електронів) відображають ефект рекомбінації в базі. Електронний потік створюється електронами, які рухаються із емітера, однак не доходять до колекторного переходу (як електрони, що створюють наскрізний потік), а рекомбінують із дірками в базі. Дірковий потік створюється дірками, що надходять із зовнішнього кола в базу для компенсації втрати дірок внаслідок рекомбінації з електронами. Вказані потоки створюють в зовнішніх колах емітера і бази додаткові складові струмів. На рисунку також показані потоки неосновних носіїв заряду, що створюють власний тепловий струм колекторного переходу (потік електронів, що рухаються із бази в колектор, та потік дірок з колектора в базу).
Наскрізний потік є єдиним корисним потоком носіїв в транзисторі, оскільки визначає можливість підсилення електричних сигналів. Всі інші потоки не беруть участі в підсиленні сигналу, і тому є побічними. Для того щоб транзистор мав високий кофецієнт підсилення необхідно щоб побічні потоки були якомога слабші в порівнянні з корисним наскрізним потоком.
2) В режимі насичення обидва переходи транзистора знаходяться у відкритому стані. В цьому режимі електрони і з емітера, і з колектора рухаються в базу, внаслідок чого в структурі протікають два зустрічних наскрізних потоки електронів (нормальний та інверсний). Від співвідношення цих потоків залежить напрям струмів, що протікають в колах емітера та колектора. Внаслідок подвійного насичення бази, в ній накопичуються надлишкові електрони, внаслідок чого посилюється їх рекомбінація з дірками і рекомбінований струм бази є набагато вищим, ніж в активному чи інверсному режимах. У зв'язку із насиченням бази транзистора і його переходів, надлишковими носіями зарядів, опір останніх стає дуже маленьким. Тому електричні кола, що містять транзистор в режимі насичення можна вважати короткозамкненими.
3) В режимі відсічки обидва переходи транзистора знаходяться у закритому стані. Наскрізні потоки електронів в цьому режимі відсутні. Через переходи транзистора протікають потоки неосновних носіїв заряду, що створюють малі некеровані теплові струми переходів. База і переходи транзистора в режимі відсічки збіднені рухомими носіями заряду, внаслідок чого їх опір є дуже високим. Тому вважають, що транзистор в режимі відсічки розриває електричне коло. Режим насичення та відсічки використовуються при роботі транзистора в імпульсних схемах.
Основні властивості транзисторів, насамперед, залежить від фізичних процесів, які відбуваються в базі. Харакер руху інжектованих носіїв заряду в базі в загальному випадку визначається у поєднанням дифузії і дрейфу. Залежно від позподілу домішок в базі електричне поле може існувати або ні. Якщо таке поле відсутьнє, то транзистор називаєть бездрейфовим. Якщо в базі існує внутрішнє електричне поле, що сприяє руху неосновних носіїв заряду від емітера до колектора, то такий транзистор називається дрейфорим.
Принцип дії біполярного транзистора базується на таких явищах:
1)Інжекція неосновних носіїв заряду з емітера в базову обласьть ;
2)Переміщення інжектованих носіїв заряду через базову обласьть внаслідок дрейфу або дифузії (в бездрейфових транзисторах переміщення
носіїв заряду здійсьнюється тільки дифузією).
3)Екстракція носіїв заряду з базової області в колекторну значним полем колекторого пуруходу.
1.2 Семи вімкнення транзистора
Є три схеми вімкнення біполярного транзистора:
1)Схема зі спільною базою показана на Рис. 1.2.а;
2)Схема зі спільним емітером показана на Рис. 1.2.б;
3)Схема зі спільним колектором показана на Рис.1.2. в.
Рис. 1.2. Основні схеми вімкнення транзистора
а-із спільною базою;б-із спільним емітзжером;в-із спільним колектором
1.3 Конструктивні особливості бездрейфового біполярного транзистора
-напівпровідниковий матеріал транзистора (наприклад, кремній або германій);
-тип p-n- переходу за розподілом концентрацій домішок (різкий,лінійний);
-тип провідності емітера , бази і колектора (наприклад, n-p-n або p-n-p – типу)
Рис. 1.3. Структура сплавного біполярного транзистора
Структура сплавного біполярного транзасторакруглого перерізу зображена
на рис. 1.2. Опір бази складається з трьох частин: опору R1-диска радіусом Re і товщиною W1(активної частини бази);опору R2-кільця товщини W2 і радіусами Re і Rk (пасивна частина бузи); опру R3- кільц товщини W3 і радіуса
Rk і Rb (периферійної частини бази).
II. Розрахунок параметрів біполярного транзистора
2.1Розрахунок коефіцієнтів підсилення за струмом в схемі ввімкнення транзистора зі спільною базою і спільним емітером
У біполярних транзисторах залежно вiд їх схеми ввімкнення вихідною (регульованою) величиною є емітерний або колекторний струм, а вхідною (регулюючою) – струм емітера або струм бази. Зв’язок між вихідними і вхідними струмами визначається коефіцієнтом підсилення.
Для практичних розрахунків зручно користуватися коефіцієнтом підсилення за струмом транзистора в схемі зi спільною базою – α , що визначається з відношення повного струму колектора до повного струму емітера при постійній напрузі на колекторному переходi:
(2.1)
Якщо розглянути фізичну природу транзистора, то легко встановити, що коефіцієнт підсилення струму в схемі зі спільною базою визначаєльтя результівною дією декількох фізичних факторів і складається з трьох компонентів:
(2.2)
У цьому виразі:
(- коефіцієнт інжекції, або ефективність емітера. Для p-n-p- транзисторів (=Iep/Ie, , де Iep, Ien- струм інжекції неосновних носіїв в базу. Враховуючи, що Ie=Ien+Iep, ((1.
( - коефіцієнт переносу, визначає частку інжектованих в базу неосновних носіїв, що дійшли до колекторного p-n-переходу.
(2.3)
Враховуючи, що Iep=Iкp+Iбр (в p-n-p- транзисторі). Тут Iкр, Ікn- струми колектора, обумовлені інжекційним струмом емітера, Ібр, Ібn- струми бази, обумовлені рекомбінацією інжектованих носіїв в базі.
(і- ефективність колектора, визначає вплив процесів в колекторному p-n- переході на коефіцієнт (.
- для p-n-p- транзистора, (2.4)
Для бездрейфового транзистора при умові wІ((Lб коефіцієнт інжекції можна розрахувати за такою формулою:
(2.5)
де (ne, (pe- рухливості носіїв заряду в емітері, (nб, (pб- рухливості носіїв заряду в базі.
Як відомо, рухливість носіїв залежить від концентрації домішок. Тому для визначення (n і (р потрібно знайти концентрації домішок в емітері Ne, базі Nб і колекторі Nк за допомогою графіка ( (N), що зображений на рис. 2.1.
Рис. 2.1.Залежність розподілу концентрації домішок від питомого опору
Тут (- питомий опір напівпровідника.
Розрахунок транзистора проводиться для діапазону робочих температур, коли всі домішки іонізовані, тому концентрації основних носіїв будуть дорівнювати концентраціям легуючих домішок у відповідних областях транзисторної структури. Для p-n-p- транзистора Ne = pe, Nб = nб, Nк = pк.
Рухливість носіїв можна знайти за допомогою емпіричної формули:
, (2.6)
де N+ - концентрація центрів розсіювання (в нашому випадку- Ne, Nb, Nk)
Коефіцієнти (1, (2, N0, залежать від матеріалу напівпровідника і описані в (табл.2.1).
Значення коефіцієнтів для розрахунку рухливості носіїв заряду.
Таблиця 2.1.
Напівпровідник
Тип носія заряду
(1,
см2/В(с
(2,
см2/В(с
N0,
см-3
а
Германій
Ge
n
p
50
42
3850
1860
8.1(1016
1.4(1017
0.48
0.43
Кремній
Si
n
p
65
48
1265
447
8.5(1016
6.3(1016
0.72
0.76
Тепер підставляємо ці значення в формулу (2.5) і отримуємо:
Тепер розрахуємо коефіцієнт переносу ( для бездрейфового транзистора який визначається за формулою:
(2.7)
де - площа емітера;
- ефективна площа поверхневої рекомбінації.
Dб, Lб- коефіцієнт дифузії і дифузійна довжина неосновних носіїв в базі.
Дифузійна довжина Lб неосновних носіїв в базі розраховується за формулою:
(2.8)
Dб в нас нема його можна визначити зі співвідношення Ейнштейна:
D/(=(Т, де (Т = kT/q - тепловий потенціал (для Т=300 К (Т=0,026 В). знаючи Dб розрахуємо Lб
Знаючи Dб, Lб Ае Аs ми можемо розрахувати коефіцієнт переносу (:
Визначимо ефективність колектора за формулою:
(2.9)
де М коефіцієнт лавинного помноження, показує, в скільки разів зростає струм колектора Ік за рахунок процесів ударної іонізації в області просторового заряду (ОПЗ) колекторного p-n-переходу і визначається за формулою:
(2.10)
В цій формулі Uл.пр. - напруга лавинного пробою колекторного p-n-переходу, n - коефіцієнт, який залежить від матеріалу напівпровідника і типу p-n-переходу. Напруга Uл.пр. також залежить від матеріалу напівпровідника і типу p-n-переходу і для несиметричних переходів визначається через емпіричну залежність:
(2.11)
Коефіцієнти С, р, m для p-n- переходів на основі Ge та Si приводяться в таблиці 2.2
Коефіцієнти для розрахунку напруги лавинного пробою.
Табл.2.2
Матеріал напівпровідника
Тип
p-n- переходу
С,
А/см
n
m
(
Ge
n+-p
p+-n
52
83.4
6
3
0.61
0.61
(p
(n
Si
n+-p
p+-n
23
86
2
3.5
0.75
0.64
(p
(n
З таблиці визначимо Uл.пр.
Тепер підставимо у формулу:
Коефіцієнт (* називається власним коефіцієнтом підсилення колекторного переходу. Він зумовлений зміною умов дифузії неосновних носіїв заряду в області колектора для високоомних колекторів.
, (2.12)
де (і- питомий опір власного напівпровідника,
, (2.13)
(2.14)
відношення рухливостей електронів та дірок в колекторній області, тепер визначимо ефективність колектора за формулою:
Тепер всі значення підставимо у формулу: і визначимо:
Коефіцієнт передачі базового струму (2.15)
2.2 Розрахунок опорів Т-подібної еквівалентної схеми транзистора
Здебільшого в розрахунках опорів Т-подібної еквівалентної схеми транзистора через порівняно мале значення величин (rе,об і rк,об << rб,об ) і об’ємним опором емітерної і колекторної областей нехтують:
Рис. 2.2 Т-подібна еквівалентна схема реальної моделі транзистора
Дифузійний опір колектора rк,д
або (2.17)
З підвищенням від’ємної напруги на колекторі область (ОПЗ) колекторного переходу збільшується, а ширина бази зменшується, зумовлюючи зміну коефіцієнта підсилення за струмом, тобто справедлива залежність α(Uk).
Оскільки Ік = α Іе + Ікбо ≈ α Іе і Ікбо << α Іе то дифузійну провідність можна записати:
(2.18)
Для різкого асиметричного переходу колектор-база будемо мати:
(2.19)
Вираз для дифузійного опора колектора буде мати вигляд:
(2.20)
де - ширина ОПЗ колекторного переходу і дорівнює:
, підставляємо в формулу
Звідси можна визначити і максимальну напруженість електричного поля в колекторному p-n- переході
. (2.21)
Внутрішній опір генератора напруги еквівалентній схемі заміщення транзистора знаходимо із виразу rm: (2.22)
Дифузійний опір бази rб,д
Дифузійний опір бази зумовлений зміною концентрації неосновних носіїв заряду в базі і характеризує зворотний зв'язок між емітером і колектором за рахунок дифузійних процесів. Його існування визначається процесами переносу носіїв в базовій області. Дифузійний опір rб,д не залежить від питомого опору матеріалу бази. Наявність опору rб,д
пояснюється тим, що при зміні напруги на колекторі (Uk) напруга на еміторі змінюється внаслідок ефекту Ірлі.
Дифузійний опір бази можна обчислити так:
(2.23)
З урахуванням виразу (2.20) отримаємо:
(2.24)
Дифузійний опір емітера rе,д
Розглянемо два випадки:
за умови короткого замикання в колі колектора (ефект Ірлі відсутній)
(2.25)
2) за умови врахування ефекту Ірлі в еквівалентній схемі транзистора необхідно ввести опір бази rб,д Внаслідок цього дифузійний опір емітера r’’е,д < r’е,д Величину r’’е,д
можна визначити звідси:
r’’е, = r’е,д - rб,д (1-α) (2.26)
Враховуючи (2.24) і (2.25) вираз (2.26) набуде вигляду:
2.27)
Отже з урахуванням ефекту Ірлі дифузійний опір зменшується вдвічі.
Об’ємний опір бази - rб,об
Сумарний опір бази з урахуванням опору активної, пасивної і периферійної частини бази буде дорівнювати:
(2.28)
Розрахунок дифузійної і бар’єрної ємності переходів
Дифузійна ємність емітера - і її можна розрахувати за формулою:
(2.29) Дифузійна ємність колектора
(2.30)
Тут Dб - коефіцієнт дифузії неосновних носіїв в базі.
Бар’єрна ємність емітерного переходу описується формулою:
(2.31)
В нас нема знаходимо його з формули:
- (2.32)
для p-n-p- транзистора,
також в нас немає знаходимо його з формули:
- концентрація інжектованих в базу неосновних носіїв біля емітерного переходу.
Підставляємо в формулу (2.32) і отримаємо:
Тепер підставляємо в формулу (2.31):
Бар’єрна ємність колекторного переходу описується формулою:
(2.33)
де ;
Тепер і підставляємо в формулу (2.33) і отримаємо:
Розрахунок частотного діапазону роботи транзистора
Частотний діапазон роботи біполярного транзистора визначається через залежність коефіцієнтів передачі струму від частоти.
Гранична частота підсилення- це є частота, на якій коефіцієнт підсилення транзистора за струмом зменшується в раз (рис.2.3).
Рис. 2. 3 Частотна залежність коефіцієнтів підсилення транзистора.
В схемі зі спільною базою гранична частота f(
, (2.34)
В схемі зі спільним емітером гранична частота f(
(2.35)
де - ефективний час життя носіїв Тут (v - в час життя носіїв в об’ємі, - на поверхні бази.
підставляємо в формулу (2.35) і отримаємо:
Частота відсічки fT - це є частота, на якій коефіцієнт передачі базового струму В = 1
(2.36) де (ек- час затримки носіїв, що пролітають від емітера до колектора:
Тут - час зарядки збідненого шару емітера;
- час прольоту носіїв через базу;
- час зарядки збідненого шару колекторного переходу.
- час зарядки збідненого шару колекторного переходу.
підставляємо в формулу (2.36) і отримаємо:
Гц,
Максимальна частота генерації fmax визначається як частота, на якій коефіцієнт підсилення за потужністю Кр=1.
(2.37)
Для аналізу процесів в приконтактних областях доцільно також визначити довжини Дебая LD, які показують глибину проникнення електричного поля у відповідну область транзистора:
(2.38)
(2.39)
(2.40)
де Ne Nб Nк концентрація домішок в колекторі, базі і емітері
2.5 Розрахунок зворотних струмів р-п-переходів транзистора та аналіз впливу струму емітера на величину коефіцієнта підсилення
Зворотні струми p-n- переходів є важливими параметрами біполярного транзистора, вони характеризують якість p-n- переходів і допустиму робочу температуру транзистора. Загалом величина зворотнього струму І0 p-n- переходу обумовлена процесами теплової генерації в n- та p- областях (вони визначають струм насичення або струм об’ємної рекомбінації, Іоv), процесами на поверхні напівпровідника (визначають поверхневу компоненту зворотнього струму Іоs), а також процесами генерації носіїв в ОПЗ p-n- переходу (визначають генераційну компоненту зворотнього струму Іген).
Зворотні струми об’ємної рекомбінації.
Колекторного p-n- переходу:
(2.41)
Емітерного p-n- переходу:
(2.42)
Зворотні струми поверхневої рекомбінації.
Колекторного р-n-переходу:
(2.43)
де (2.44)
Емітерного переходу:
(2.45)
Зворотній струм колекторного переходу за рахунок генерації в ОПЗ при заданому значенні Uk, напруги на колекторному переході може бути визначений так:
(2.46)
Для емітерного переходу цей струм не обраховується, тому що в активному режимі роботи транзистора цей перехід зміщений в прямому напрямку.
Зворотнiй струм колектора:
(2.47)
Зворотній струм емітера:
(2.48)
Аналіз впливу струму емітера Іе на коефіцєнт підсилення за струмом.
У без дрейфових транзисторах коефіцієнт підсилення за струмом α зі зростанням струму емітера збільшується внаслідок зменшення впливу поверхневої рекомбінації, але одночасно падає внаслідок зменшення ефективності емітера.
За рахунок великого рівня інжекції в базі виникає електричне поле, що приводить до появи дрейфового механізму руху носіїв заряду в базі. Значні емітерні струми, або високий рівень інжекції виражається через фактор поля. Відповідно коефіцієнт підсилення
транзистора з урахуванням фактора поля можна записати у вигляді:
де: - концентрація неосновних носіїв в базі біля емітера.
В результаті розрахунків побудовано залежность (=f(Ie) для діапазону струмів емітера Ie(1(10-4(1,0 А.
Рис.2.4 Залежність коефіцієнта підсиленнявід емітерного струму
2.6 Розрахунок пробивних напруг транзистора
Напруга лавинного пробою колекторного переходу визначається за формулою:
(2.50)
Для транзисторів з різним колекторним переходом напруга проколу дорівнює:
(2.51)
В нас невідоме для сплавних транзисторів малої потужності через неоднорідність фронту вплавлення значення визначається так:
(2.52)
Підставляємо в формулу (2.51) і отримуємо:
Гранична допустима напруга, при якій (=1:
(2.53)
Для обчислення напруги тунельного пробою використовуються емпіричні формули :
-- для кремнію
(2.54)
З цих розрахунків визначається мінімальна допустима напруга на колекторному переході.
Визначення інверсного коефіцієнта передачі емітерного струму
(2.55)
2.7Розрахунок малосигнальних параметрів транзистора як лінійного чотириполюсника
Визначення активних складових малосигнальних параметрів неробочого ходу транзистора як лінійного чотириполюсника
а) r- параметри
Табл.2.3
Схема ввімкнення транзистора
Спільна база
Спільний емітер
Спільний колектор
б) g- параметри Табл.2.4
Схема ввімкнення транзистора
Спільна база
Спільний емітер
Спільний колектор
в) h- параметри Табл.2.5
Схема ввімкнення транзистора
Спільна база
Спільний емітер
Спільний колектор
2.8 Розрахунок граничної температури p-n-переходу та максимальної потужності розсіювання колектором транзистора
Для значення граничної температури p-n- переходу використовуються емпіричні формули
(2.57)
Розрахунок граничної потужності розсіювання.
, (2.58)
де RT - тепловий опір корпуса, Ткорп.- температура корпуса.В розрахунках приймати Ткорп.=20оС, RT=400oC/Вт (універсальний корпус).
Розрахувати залежність Ргр.=f(Tкорп.) для різної температури корпусу для кремнію Ткорп.= 20; 40; 60; 80; 100; 125 оС - кремній.
Гранична потужність розсіювання для різних температур.
Таблиця 2.6
Ткорп., K
293.15
313.15
333.15
353.15
373.15
398.15
Ргр., Вт
0.445
0.415
0.385
0.355
0.326
0.289
2.9 Розрахунок положення рівня Фермі в області емітера, бази і колектора та побудова енергетичної діаграми транзистора
Визначення положення рівня Фермі.
В області емітера (300 К)
(2.59)
В області бази
(2.60)
В області колектора
(2.61)
За даними розрахунками і вхідними даними, треба побудувати зонну діаграму транзистора.
Рис 2.5 Енергетична діаграма для активного режиму роботи транзистора
Розрахунок ВАХ колекторного переходу
Розрахунок вольт-амперної характеристики колекторного переходу при відключеному емітері:
, (2.62)
де Up-n - напруга на переході колектор- база, - зворотній струм колекторного переходу. Напруга, що прикладається від джерела живлення на виводи колектора та бази. Uзаг. відрізняється від Up-n на величину падіння напруги на опорі бази що визначається з виразу:
. (2.63)
Інтервал зміни напруги на р-п переході для кремнієвих транзисторів Розрахунок зробити для Т=300 К.
За результатами розрахунків побудувати ВАХ колекторного переходу.
Пряме ввімкненн Таблиця 2.7
Up-n, B
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
I, А
1.29 10-3
0.062
2.908
136.123
6.37 103
2.983 105
1.39 107
6.53 10-8
Uзаг., В
0.164
3.267
143.934
6.72 103
3.14 105
1.474 107
6.89 108
3.22 10-10
Зворотнє ввімкнення. Таблиця 2.8
Up-n, B
-0.01
-0.02
-0.03
-0.05
-0.08
-0.1
-0.3
-0.7
I, А
-9.05 10-6
-1.52 10-5
-1.94 10-5
-2.42 10-5
-2.70 10-5
-2.77 10-5
-2.83 10-5
-2.83 10-5
Uзаг., В
-0.01
-0.021
-0.031
-0.051
-0.081
-0.101
-0.301
-0.701
Рис. 2.6 Вольт- амперна характеристика колекторного p-n- переходу.
2.11 Розрахунок залежності коефіцієнта α від напруги на колекторі
Коефіціент підсилення за струмом α залежить від напруги на колекторі Uк внаслідок модуляції ширини бази. Чим вища напруга Uк тим вущою стає база і тим блище до одиниці стає коефіцієнт переносу неосновних носіїв заряду. Отже, коефіцієнт α збільшується зі зростанням Uк наближаючись до значення ефективності емітера. Іншою причиною, що приводить до залежності α(Uк) є явище ударної іонізації в колекторному переході. За наявності ударної іонізації струм колектора зростає в М разів, де М – коефіцієнт лавинного розмноження.
Якщо не врахувати модуляцію ширини бази, то α = f(Uк) буде визначатись залежністю коефіцієнта лавинного помноження М від Uк згідно з формулою:
(2.64)
Значення та n взяти з попередніх розрахунків, напругу Uк змінювати до
Uк = 0.9 Для кожної вибраної напруги в таблиці навести значення Uк ; (Uк/)n ; М і α
Табл. 2.9
Uк, В
74.757
149.51
224.27
299.026
373.783
448.539
523.296
598.052
672.809
(Uк/UВ)n
3.162 10-4
3.578 10-4
0.015
0.04
0.088
0.167
0.287
0.458
0.692
M
1
1.004
1.015
1.042
1.097
1.201
1.402
1.845
3.242
(
0.678
0.680
0.685
0.689
0.701
0.770
0.956
1.289
2.185
24.05.2019 20:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора