Додаток А

А.3 БІПОЛЯРНІ ТРАНЗИСТОРИ ІНТЕГРАЛЬНИХ СХЕМ

А.3.1 Вправи для самоперевірки

А.3.1.1 Для даного транзистора типу р-п-р задано: ; ; ; . Визначити: а) статичний коефіцієнт передачі струму бази; б) ефективність емітера або коефіцієнт інжекції; в) струм бази та коефіцієнт передачі струму в схемах ЗБ і ЗЕ (загальна база і загальний емітер); г) значення струмів І_КБ0і І_КЕ0; д) значення коефіцієнта передачі струму β та І_Б, якщо ; е) значення β та І_Б , якщо та . Як зміниться значення β та І_Б коли струм І_пЕ збільшиться?

А.3.1.2 Кремнієвий транзистор типу п-р-п при кімнатній температурі має концентрацію домішок в базі 1,3·10²³м^-3 і в колекторі 1,3·10²⁴м^-3. Товщина активної області бази при складає 1мкм. а) поясніть, чому при товщина активної області бази змінюється на 10%. Вважайте, що . б) визначити бар'єрну ємність переходу база-колектор, якщо площа переходу 10^-8м² і напруга .

А.3.1.3 Два біполярних транзистори типу р-п-р відрізняються тим, що товщина бази одного з них складає 0,9 товщини бази другого. Покажіть, що струми на обох транзисторах однакові в тому випадку, коли напруга база-емітер другого транзистора на 0,0027В більша, ніж відповідна напруга першого транзистора. Вказівки:

а) вважайте, що ефективна товщина бази значно менша дифузійної довжини; б) вважайте, що рекомбінації носіїв у базі не відбувається; в) припустіть, що струм І_Е складається із струму І₁; (інжектованого з емітера в базу) і струму І₂(інжектованого з бази в емітер); г) вважайте, що концентрація домішок у базі суттєво менша, ніж в емітері, і що перехід емітер-база можна замінити простим діодом.

А.3.1.4 Кремнієвий транзистор типу р-п-р має параметри: ; ; ; ; ; ; ; D_nE = 2 cм²с^-1; D_рБ = 10 cм²с^-1; D_nК = 35 cм²с^-1; ; ; . Напруга пробою в схемі ЗЕ . Визначити; а) товщину нейтральної області W_Б в базі; б) концентрацію р(п)(0) для неосновних носіїв біля переходу емітер-база; в) заряд Q_Б неосновних носіїв в області бази; г) складові струмів І_рЕ; І_рК; І_пЕ; І_пК; І_рБ; д) І_Е; І_К; та І_Б; е) ефективність емітера, коефіцієнти передачі струму в схемах із загальною базою (ЗБ) і загальним емітером (ЗЕ); ж) поясніть, як можна поліпшити параметри γ і β_Т; и) напругу U_пр(КЕ) в схемі ЗБ, враховуючи, що параметр а = 5, який входить в формулу Вважайте, що .

А.3.1.5 Транзистор типу п-р-п має товщину активної області бази 0,2 мкм. Концентрація домішок скрізь однорідна, за винятком перехідних областей поблизу емітера і колектора. Крім напруги основного джерела, прикладеного до колектора, існує джерело напруги 5В, яке приєднане до активної області бази (без врахування контактної різниці потенціалів і спаду напруги на колекторній області): а) визначити, при якому мінімальному рівні легування бази можна уникнути пробою між колектором і емітером; б) знайти постійну часу бази; в) визначити постійну часу Гуммеля ; г) вважаючи, що через наявність домішок область емітера вироджена, а концентрація домішок в колекторній області 10¹⁶см^-3, визначити загальний заряд в базі, додавши сюди заряди в збіднених областях переходів емітер-база та колектор-база, при яких реалізується знайдена в п. в) значення постійної Гуммеля. Вважається, що в області емітера значення . Вихідні дані: ; ; .

А.3.2 Розв'язування

3.2.1 а) ; б);

в) ; ; ; ; ;

г) ; ;

д) → → ; ;

е) ; ; .

Якщо струм І_пЕ зростає, то величина β зменшується, тому, що зменшується значення коефіцієнта інжекції γ. Дійсно, якщо зменшити γ, то знижується α (тому що ) і значення β (бо ). Струм І_Б можна знайти використавши результати, що отримані в п. в), д) і е).

А.3.2.2 В цій задачі на конкретному матеріалі обговорюється ефект Ерлі, суть якого в тому, що товщина базової області зменшується від дії зворотної напруги, яка прикладена до колектора

;

→; →; .

;

Якщо , то і , звідки

; .

Якщо товщина бази зростає на 10% відносно товщини при нульовій напрузі, то це відповідає росту її на . Таким чином, товщина збідненої області переходу колектор-база при 10%-ному зростанні товщини бази складе . Оскільки , знаходимо

;

А.3.2.3 Наведені вихідні дані цілком реальні для звичайних тран-зисторів. Таким чином, → . Відомо, що товщина базової області слабо впливає на величину струму І_КБ0, який приблизно однаковий для різних транзисторів одного і того ж типу. Крім того, значення І_КБ0 дуже мало впливає на струм І_К. Тому можна стверджувати, що при однакових струмах І_Е обох транзисторів однаковими будуть і їх режими. Якщо вважати, що величина І_Е залежить тільки від інжекції носіїв із емітера в базу, то стосовно до діодів емітер-база, що зміщені в прямому напрямку, отримаємо , . Оскільки напруга прикладена до діода в прямому напрямку, приблизно можна вважати, що

. За умови задачі, тоді

і .

Відповідно до умови . Звідси

3.2.4 а) перехід емітер-база: ;

. Перехід база-колектор:

;

б) ;

в) ;

г) область бази: .

. Область емітера: ;

. Область колектора:;. Складові струмів:

;

І_рБ= І_рЕ- І_рК= 2,0429∙10^-6А;

д)

І_Б= І_пЕ+ І_рБ- І_пК= 2,3891∙10^-6А;

е) ; ; ;

ж) щоб підвищити коефіцієнт інжекції γ, концентрацію необхідно зробити значно вищою, ніж у базі. Величина параметра β_Т буде збільшена, якщо товщина бази буде малою в порівнянні з товщиною емітера.

и) коефіцієнт множення струму колектора