Расчет транзистора

Расчет транзистора (вариант №11.

Исходные данные:

Марка Ge:

ГЭС 1.2 / 0.5

Заряд электрона, Кл:

Тип транзистора:

p-n-p

Константа Больцмана, В/К:

Напряжение коллектор-база, В:

ПИ:

Время жизни электронов, с:

Температура, К:

Время жизни дырок, с:

Концентрация электронов в базе, :

Сила тока эмиттера, А;

Концентрация дырок в коллекторе, :

Глубина эмиттера, см:

Концентрация дырок в эмитторе, :

Глубина коллектора, см:

Подвижности,/В*с: электронов в базе

Ширина базовой области, см:

дырок в базе

Диаметр базы, см:

электронов в эмитторе

Диаметр эмиттера, см:

дырок в эмитторе

Диаметр коллектора, см:

дырок в коллекторе

Скорость поверхн. рекомбинации, см/сек:

Ширина запрещенной зоны в Ge, эВ:

Некоторые геометрические параметры транзистора, см:

Радиусы эмиттера, базы и коллектора, см:

Удельные сопротивления эмиттера, базы и коллектора,

Ом*см :

Диэлектрическая проницаемость вакуума, Ф/см:

Относительная диэлектрическая проницаемость Ge:

Собственная концентрация носителей для Ge при T=300 К,

Расчет статических коэффициентов.

Коэффициент эффективности эмиттера - отношение дырочного тока из эмиттера к полному эмиттерному току.

Константа диффузии электронов в эмитторе,/c :

Диффузионная длина электронов в эмитторе, см :

Коэффициент диффузии дырок в базе,/c :

Диффузионная длина дырок в базе, см :

Ширина квазинейтральной базы, см:

Коэффициент эффективности эмиттера :

Коэффициент переноса - относительная величина, показывающая какая часть инжектированных из эмиттера неравновесных носителей заряда достигает коллекторного p-n перехода.

Площадь поверхности эмиттера,:

Площадь эффективной поверхности рекомбинации,:

Коэффициент переноса с учетом поверхностной рекомбинации:

отвечает за поверхностную рекомбинацию:

,a за рекомбинацию в объеме -

Коэффициент передачи по току h21 - отношение приращения выходного тока к приращению тока на входе.

Эффективная концентрация p+n-перехода,:

Для германиевого транзистора:

Напряжение пробоя, В:

Коэффициент лавинного размножения:

Для сплавного германиевого транзистора:

Коэффициент передачи:

Рассчитанные статистические коэффициенты справедливы вплоть до частот, когда период сигнала начнет приближаться ко времени пролета носителей заряда через базу. При превышении этой границы разность фаз входного и выходного токов будет увеличиваться, что приведет к росту тока базы.

Максимальным коэффициент передачи будет, когда максимальными будут коэффициенты переноса и инжекции, величины которых зависят от многих параметров, таких как концентрация носителей заряда, самого материала, из которого изготовлен транзистор. Одним из самых важных параметров является толщина базовой области, варьируя которой можно упралять выходными характеристиками транзистора. Важным аспектом свойств транзистора является обработка поверхности, при плохой обработке которой увеличивается рекомбинационная составляющая, что приводит к частичным потерям усилительных свойств транзистора, т.е. уменьшению коэффициета передачи.

Расчет параметров эквивалентной схемы.

Эквивалентная схема - электрическая схема, составленная из линейных элементов электрических цепей (сопротивлений, емкостей, индуктивностей, генераторов тока или напряжения), которая по своим свойствам при данном сигнале не отличается от реального объекта (транзистора). При расчетах с помощью эквивалентных схем сначала требуется определить токи и напряжения в самой схеме и затем перейти к каким-либо другим параметрам, например, - параметрам четырехполюсника. Формальные эквивалентные схемы строят на основе описания транзистора с помощью уравнений четырехполюсника. Физические эквивалентные схемы составляют на основании физических соображений для определенных типов конструкций транзистора, определенного частотного диапазона, ориентируясь на определенную схему включения.

Сопротивления области эмиттера (при Uк-const), Ом:

r1э оммическое сопротивление материала эмиттерной области.

r2э диффузионное сопротивление, обусловлено изменениями концентраций неосновных носителей

заряда в эмиттере.

Cопротивления области базы, Ом:

r1б - омическое сопротивление материала базовой области.

r2б - диффузионное сопротивление, обусловленное изменениями концентрации неосновных носителей заряда в базе, характеризует обратную связь за счет диффузионных процессов

Ширина резкого перехода, см:

Максимальная напряженность резкого перехода, В/см:

Сопротивление области коллектора, Ом:

Диффузионные емкости, Ф:

эмитторного перехода

коллекторного перехода

Равновесные концентрации, :

электронов в эмиттерной обл-ти

дырок в эмиттерной обл-ти

электронов в базовой обл-ти

дырок в базовой обл-ти

электронов в коллекторной обл-ти

дырок в коллекторной обл-ти

Контактный потенциал коллекторного

перехода, В:

Площадь коллектора, :

Концентрация дырок в э-б, :

Контактный потенциал эмиттерного

перехода, В:

Зарядные емкости, Ф:

Барьерная емкость для коллекторного

перехода, Ф:

Барьерная емкость для эмиттерного

перехода, Ф:

Ширина ОПЗ для эмиттерного

перехода, см:

Ширина ОПЗ для коллектороного

перехода, см:

Ширина квазинейтральной области базы, см:

Эквивалентная схема биполярного транзистора

Ск - емкость коллектороного pn-перехода, Сэ - емкость эмиттерного pn-перехода, характеризуют перезарядные процессы в областях объемного заряда коллекторного и эмиттерного переходов; rэ, rк - омические сопротивления материалов эмиттера, коллектора соответственно; rб1 - омическое сопротивление материала базовой области, rб2 - диффузионное сопротивление, обусловленное изменениями концентрации неосновных носителей заряда в базе, характеризует обратную связь за счет диффузионных процессов; введение в схему генератора тока отражает тот факт, что транзистор является активным четырехполюсником (значение тока генератора пропорционально току эмиттера и зависит от частоты, при этом изменяется как амплитуда, так и фаза тока).

Y, Z и H - параметры четырехполюсника.

Биполярный транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, исследуя параметры которого, можно составлять эквивалентные схемы транзистора.

В зависимости от выбора системы меняются уравнения четырехполюсника:

1) Система полных сопротивлений, т.е. Z-параметров (в качестве независимых параметров выбираются входной и выходной токи):