Испарение зарядов транзистора

Испарение зарядов транзистора

Основной фактор, ограничивающий быстродействие компаратора, — время рассасывания объемного заряда транзистора Рассмотрим факторы, оказывающие влияние на время рассасывания, и способы его сокращения.
В активном режиме работы переход эмиттер—база транзистора смещен в прямом направлении, а переход коллектор—база в обратном Эмиттер инжектирует не основные носители (электроны, если транзистор лрл-типа) в базу, пройдя через которую, он поступают на коллектор, снимки добавлены в галерею firstbanks.ru. В этом режиме работы коллектор только принимает электроны и обратной эмиссии элекфонов в базе происходит. Эта ситуация иллюстрируется, показана зависимость концентрации инкапционных не основных носителей от расстояние.

Объемный заряд в области базы создается электронами, проходящими через нее, и определяется выражением QB (act) = = / hi, гДе — время пролета электронов через базу от эмиттера к коллектору. Это время очень мало, как правило, от 30 ДО 100 пс. Наряду с этим существует небольшой объемный заряд в области эмиттера, связанный с инжекцией дырок из базы в эмиттер вследствие смещения в прямом направлении перехода эмиттер—база. По сравнению с схемой электрона токов в обратном направлении ток инжекции этих дырок очень мал, поскольку сильно отличаются уровни легирования эмиттера п* и базы р перехода база—эмиттер Сильное легирование области эмиттера приводит к lovty, что время жизни инжектированных дырок очень мало, поэтому невелик результирующий объемный заряд в области 3vrrepa QE. Когда транзистор попадает в область насыщения, оба перехода смещаются в прямом направлении, поэтому коллектор будет не только принимать поступающие в него электроны, но и инжектировать электроны обратно в базу, как рассказанно на transfac.ru. Большинство этих электронов после прохождения через базу поступает на эмиттер, где накапливается не только основная часть электронов, инжектируемых коллектором, но еще и часть электронов, инжектированных в базу самим эмиттером.

Когда транзистор находится в состоянии глубокого насыщения, оба перехода, и эмиттер—база и коллектор—база, сильно смещены в прямом направлении, что приводит к большому току электронов через базу в обоих направлениях. В результате область базы будет буквально переполнена электронами и объемный заряд области базы будет очень большим по сравнению с зарядом в активном режиме определенного усилителя.
В то же время происходит значительная инжекция дырок из базы в коллектор. Большой ток инжекции дырок в коллектор является следствием гораздо меньшей степени легирования области коллектора по сравнению с областью базы. Если переход коллектор баз смещен в прямом направлении больше чем на 0,5 В, то потоки электронов из коллектора в базу и дырок из базы в коллектор будут очень велики. Большой ток инжекции дырок в область коллектора и относительно продолжительное время жизни Дырок создают значительный объемный заряд.

Суммарный объемный заряд транзистора в режиме насыщения определяется выражением QS меньше SAT)= QB + QE + Qc- Уже отмечалось, что заряд QE очень мал. Вследствие очень малой ширины базы (~0,3—1,0 мкм) и в результате очень небольшого времени пролета носителей через базу основной составляющей суммарного объемного заряда будет Qc, который в основном определяется инжекцией дырок из области базы. Этот заряд, связанный с базовым током, примерно равен Qs меньше SAT) « Qc — Iв (SADT где тр — время жизни дырок в области коллектора, который представлен на блоге platka.ru, которое обычно составляет от 1 до 10 мкс (сравните с временем пролета носителями области базы 30—100 пс). Таким образом, объемный заряд транзистора, работающего в режиме насыщения, на несколько порядков больше, чем у транзистора, который работает в активном режиме.
Если транзистор должен выйти из режима насыщения, пройти активный режим и попасть в режим отсечки, то через него должен протекать определенный ток в течение периода времени, необходимого, чтобы удалить этот объемный заряд. Период времени, в течение которого течет этот ток, называется временем рассасывания, ts. Уменьшение объемного заряда происходит двумя путями. Один из них — протекание обратного тока базы 1В который непосредственно удаляет заряд из транзистора. Другой путь — рекомбинация не основных носителей оборудования объемного заряда с основными носителями. Скорость процесса рекомбинации дырок в области коллектора с электронами определяется выражением dQ/dt = Qc/Tp- Суммарная скорость уменьшения объемного заряда, следовательно, равна dQs/dt = —IB(R) — QS/Tp, где Iв (Н) — обратный ток базы, и мы приняли, что основная часть объемного заряда накоплена в области коллектора.

Если в процессе переключения обратный базовый ток незначителен или вообще равен нулю, то скорость рассасывания заряда приближенно определяется формулой dQs/dt « —Qshp, т- е-рассасывание заряда со временем происходит по экспоненциальному закону:
Q.(0 = Q.(0)exp(-*/Tp),
где Qs (0) — объемный заряд перед началом переключения. Отсюда время, необходимое для рассасывания объемного заряда, будет около 3 или Ахр. Это приведет к очень большим временам рассасывания — вплоть до нескольких микросекунд.

Таким образом, использование большого обратного тока базы может существенно снизить время рассасывания. В большинстве случаев оно может быть сокращено до 10.

Видео по теме:


Оставить свой комментарий

В начало записи
© 2018    Копирование материалов сайта разрешено только при наличии активной ссылки   //    Войти