Нетрудно убедиться, что формуле (4-72) соответствует эквивалентная схема для постоянных составляющих, показанная на рис. 4-22 и являющаяся аналогом эквивалентной схемы ОБ на рис. 4-12, б. При необходимости обе схемы можно дополнить соответственно сопротивлениями / и rt. И та, и другая схемы не содержат генератора Цакк и потому не отражают реального сдвига входных характеристик в зависимости от f/к, что практически не существенно.

Теперь рассмотрим специфику характеристик ОЭ в области пробоя.

При наличии ударной ионизации коэффициент передачи а увеличивается в М раз. Подставляя значение Ма в формулу (4-68), приходим к выводу, что при Ма -> 1 коллекторный ток в схеме ОЭ неограниченно увеличивается. Следовательно, напряжение лавинного пробоя в схеме ОЭ определяется условием

Ма=1; (4-76)

с учетом соотношения (2-55) оно оказывается равным:

UiUmVi (4-77)

Рис. 4-22. Эквивалентаая схема ОЭ для постоянных составляющих.

Индекс Р принят здесь потому, что при этом напряжении результирующий коэффициент передачи базового тока обращается в бесконечность:

Ма i-Ma

= оо.

Для типичных значений а = 0,98 и п = 3 получается U 0,3 (Ум Как видим, пробой в схеме ОЭ происходит при значительно меньшем напряжении, чем в схеме ОБ. Это обстоятельство отражается в справочных данных [12, 66], в которых допустимое значение ({/кэ)доп всегда в 2-3 раза меньше допустимого значения ({/кб)доп-Следует, однако, иметь в виду, что такая разница предполагает заданный ток базы, т. е. бесконечно большое сопротивление в цепи базы. При малом сопротивлении разница уменьшается, а при /?б = О она практически исчезает.

Второй тип пробоя в схеме ОЭ является еще более специфичным и носит название эффекта смыкания. В основе этого эффекта лежит расширение коллекторного перехода при увеличении напряжения

Если слой базы достаточно тонкий, а напряжение достаточно велико, то эмиттерный и коллекторный переходы могут сомкнуться , т. е.. толщина базы w сделается равной нулю. При этом согласно (4-18) коэффициент переноса дырок делается равным единице. Соответственно резко возрастает коэффициент Р, и практически имеет Место пробой транзистора.

Если принять, что переход сосредоточен в базе, то напряжение смыкания (j определяется из условия

где - ширина коллекторного-перехода, а Шо - толщина базы при нулевом коллекторном напряжении. Используя выражение (2-12) и переходя от концентрации примеси к удельному сопротивлению, нетрудно представить напряжение смыкания в следующем виде:

и < (4.78)

Если, например, р = 20 Ом-см и аУс = 20 мкм, то для электронного германия получим t/, 20 В. В зависимости от того, какая из величин (t/j3 или U) меньше, пробой будет иметь тот или иной характер. Внешнее проявление пробоя в обоих случаях одинаково, поэтому при иа, < 3 достзточно заменить на рис. 4-21 критическое напряжение Up на f/.

Нетрудно заметить, что механизмы лавинного пробоя и смыкания тоже одинаковы и характеризуются выполнением условия (4-76). Анализируя лавинный пробой, мы считали а = const, т. е. пренебрегали зависимостью а (Uk)-Анализируя смыкание, мы считали М = 1, т. е. пренебрегали ударной ионизацией. Учитывая обе зависимости а (Uk) и М (Uk), можно получить из условия (4-76) общее выражение для напряжения пробоя в схеме ОЭ. В частных случаях оно переходит в выражения (4-77) и (4-78).

Такой общий анализ затруднен, если показатель п в формуле (4-77) не равен 2, так как при этом получается иеквадратное уравнение относительно напряжения. Но даже в случае квадратного уравнения напряжение пробоя выражается громоздкой формулой. Не приводя этой формулы, ограничимся критерием лавинного пробоя, который из нее вытекает:

tt, >-L!jLi?. (4-79)

При обратном (сильном) неравенстве имеет место смыкание. В промежуточном случае характер пробоя смешанный.

Поскольку величина t/ согласно (2-56) пропорциональна р, ясно, что-лавинный пробой свойствен транзисторам со сравнительно низкоомным материалом базы. Пусть, например, в сплавном германиевом транзисторе Шр = 20 мкм; L ~ 0,01 см и р = 2 Ом-см; тогда согласно (2-56) (/ = 120 В и правая часть (4-79) составит около 1,5 мкм. При этом условие (4-79) выполняется и пробой является лавинным. Если же р = 20 Ом-см, то правая часть (4-79) равна 60 мкм и можно считать, что пробой обусловлен смыканием.

Динамические параметры. При включении транзистора по схеме ОЭ частотные и временные зависимости свойственны не только коэффициенту р, но и коллекторному сопротивлению, которое согласно (4-71) зависит от р.

Для выяснения инерционных свойств коэффициента р подставим в формулу (4-68) изображение а (s) из (4-43) или комплексную величину а из (4-46). Тогда после несложных преобразований полу-

чим:

Р = -(4-806)

где р определяется формулой (4-68), а постоянная времени Тр и граничная частота сор - формулами

Р=-Т = (1+Р)а; (4-8Ь)

cop = (l-a)fo = -i. (4-816)

Если положить Y = 1 (т. е. а = и), то из выражений (4-35), (4-44) и (4-81 а) получаем:

тз = т, , (4-82)

Равенство (4-82) имеет достаточно общий характер и не связано с использованием 1-го приближения для а (s). Физические основы этого равенства следующие. Базовый ток всегда обусловлен основными носителями, в данном случае электронами. Задача базового тока - компенсировать убыль электронного заряда в базе, вызываемую двумя факторами: уходом электронов через эмиттерный переход и рекомбинацией электронов в базе. При условии у = 1 эмиттерный ток будет чисто дырочным и первый фактор отсутствует. Значит, при изменениях базового тока заряд в базе будет меняться только за счет рекомбинации, т. е. с постоянной времени т. С такой же постоянной времени будет меняться и ток коллектора, поскольку он (а точнее, почти равный ему ток /д) согласно (4-62) пропорционален заряду.

Условие 7 = 1. лежащее в основе (4-82), нарушается при высоких уровнях инжекции [см. (2-74)], а также во время коротких переходных процессов [см. (4-306)1. В обоих случаях равенство (4-82) становится неточным.

Выражения (4-81) показывают, что переходные и частотные свойства в схеме ОЭ хуже, чем в схеме ОБ. В дальнейшем мы убедимся, что в реальных схемах этот недостаток в значительной мере сглаживается, тогда как преимущество схемы ОЭ - усиление входного тока - сохраняется.

Физические причины различия переходных и частотных свойств в схемах ОБ и ОЭ полезно проиллюстрировать с помощью векторных диаграмм (рис. 4-23). Эги диаграммы показывают, что даже небольшой сдвиг фаз между близкими по величине векторами /д и. вызывает значительный сдвиг фаз между каждым из них и разностным вектором /g. Кроме того, величина последнего очень быстро возрастает с частотой в первую очередь из-за фазового сдвига между токами Д и / . Поэтому если даже модуль / остается

Коллекторный переход находится под отрицательным смещением, поэтому уход электронов через него исключен.