Меню

Пробивное напряжение биполярного транзистора

Пробой транзистора

Пробой биполярного транзистора, если не учитывать резко встречающийся пробой эмиттерного р-n перехода, можно охарактеризовать тремя физическими механизмами:

— смыкание коллекторного и эмиттерного р-n переходов;

— лавинный пробой коллекторного р-n перехода,

Первый вид пробоя – смыкание коллекторного и эмиттерного р-n переходов обусловлен эффектом Эрли (см.3.5.2), то есть расширением ОПЗ коллекторного р-n перехода при увеличении коллекторного напряжения. Если база высокоомна, то ОПЗ коллектора расширяется в основном в сторону базы и если база очень тонкая (десятые доли микрона, что характерно для СВЧ транзисторов при определенном напряжении на коллекторе может наступить момент когда ОПЗ коллекторного перехода сомкнется с ОПЗ эмиттерного перехода (рис.3.26).

В схеме ОБ, так как, , а ток базы и то . Таким образом, в схеме ОБ при напряжении на коллекторе равном напряжению смыкания коэффициент передачи постоянного эмиттерного тока равен единице. В схеме ОЭ .

Следовательно, в схеме ОЭ в этом случае коэффициент передачи тока базы стремится к бесконечности.

Рисунок 3.26– Рисунок, поясняющий механизм смыкания эмитерного и коллекторного переходов

В предположении резкого коллекторного р-n перехода ширина ОПЗ определяется как

При , , следовательнодля n + p + транзистора.

,

Величины напряжений лавинного пробоя транзисторов, построенных по схемам ОБ и ОЭ, отличаются во много раз, что определяется механизмом стока дырок (случай n-р-n-транзистора), попадающих в область базы при лавинном умножении носителей в коллекторном р-n-переходе. Рассмотрим два крайних случая подключения электродов БТ для величин пробивных напряжений. Если база заземлена, а эмиттер отключен, то лавинный процесс в коллекторном переходе полностью определяется процессами, происходящими в отдельном р-n-переходе, а величина напряжения определяется как напряжение лавинного пробоя отдельно взятого р-n-перехода (см.1.11.1).

Если эмиттер заземлен, а база отключена, то дырки, попадающие в область базы из коллекторного р-n-перехода при лавинном умножении, не могут выйти в общий вывод и накапливаются в базе. Это приводит к понижению высоты потенциального барьера эмиттерного перехода и дополнительной инжекции электронов в базу. Дополнительный поток электронов в коллекторном переходе вызывает дополнительные акты ударной ионизации, то есть вызывают дополнительное количество дырок, которые втягиваются в базу, и т.д.

Читайте также:  Мгновенное значение напряжения комплексная форма

В качестве электрического параметра режима пробоя БТ в схеме ОЭ в отечественной литературе введено граничное напряжение (в иностранной литературе ) – это напряжение между коллектором и эмиттером при протекании через транзистор заданного тока коллектора и при токе базы, равном нулю. Исходя из определения, величину можно выразить через .

Известно, что коэффициент передачи тока эмиттера . Считая, что в активном режиме работы БТ , имеем . В режиме пробоя , и при каком-то значении величина может быть равна 1. Следовательно, при этом значении величины коллекторного напряжения ток базы равен нулю.

Известно, что

При , следовательно или

Источник



Пробой биполярного транзистора

Физические причины, вызывающие пробой переходов транзистора, те же, что и в полупроводниковом диоде (см. раздел 2). В то же время пробой переходов в транзисторах имеет определенную специфику, связанную с взаимодействием переходов и проявляющуюся главным образом в схеме с общим эмиттером, где напряжение uКЭ прикладывается к обоим переходам. В схеме ОБ напряжение лавинного пробоя коллекторного перехода UКБ0 проб близко к напряжению пробоя изолированного перехода. Эмиттерный переход, как правило, работает при прямом смещении и его пробивное напряжение не представляет интереса, однако следует иметь в виду, что из-за сильного легирования эмиттера напряжение пробоя эмиттерного перехода мало — несколько вольт. В схеме ОЭ условия возникновения лавинного пробоя очень сильно зависят от режима базовой цепи. В случае, когда ток базы не ограничен (сопротивление в цепи базы RБ® ) пробой коллекторного перехода происходит так же, как и в схеме ОБ, и возникает при том же пробивном напряжении на коллекторе UКБ0 проб. При фиксированном токе базы, когда базовая цепь питается от источника тока ( RБ®¥ ), проявляется механизм положительной обратной связи, снижающей пробивное напряжения. Его суть состоит в том, что образующиеся в переходе в результате ударной ионизации пары носителей заряда разделяются полем перехода: электроны уходят на коллектор, увеличивая его ток, а дырки скапливаются в базе, увеличивая ее потенциал и снижая потенциальный барьер в эмиттерном переходе. В результате увеличивается инжекция электронов из эмиттера в базу и растет коллекторный ток. Соответственно уменьшается пробивное напряжение. Наиболее сильно накопление дырок в базе происходит при отсутствии базового тока ( iБ=0), что соответствует разомкнутой цепи базы ( RБ = ¥ ). В этом режиме пробивное напряжение UКЭ0 проб оказывается в несколько раз ниже, чем в схеме ОБ, и определяется выражением:

Читайте также:  Импульсные преобразователи напряжения достоинства

UКЭ0 проб = UКБ0 проб (3.40)

где b= 2. 6 — коэффициент, зависящий от материала, из которого изготовлен транзистор. В связи с сильным уменьшением пробивного напряжения запрещается эксплуатация транзистора с разомкнутой базовой цепью.

На рис 3.29 приведены выходные характеристики транзистора в режиме пробоя. Помимо рассмотренных выше пробивных напряжений UКБ0проб и UКЭ0проб на рисунке показано напряжение UКЭRпроб, соответствующее некоторому конкретному сопротивлению RБ, включенному в цепь базы и определяющему ее ток. Из рисунка видно, что UКЭ0 проб

Источник