Физика атомного реактора Сопротивление материалов Математика решение задач Информатика Атомная энергетика безопасность Электротехника и электроника

Общий принцип действия и конструкции электрических машин Полупроводниковая электроника Трехфазный ток Принцип работы асинхронного двигателя Соединение нагрузки треугольником Полупроводниковые транзисторы


Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов

  Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора   называют входной или базовой характеристикой транзистора. Зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока базы  называют семейством выходных (коллекторных) характеристик транзистора.

 Базовая характеристика типа приведена на рисунке 14.3а, а коллекторная характеристика показана на рисунке 14.3б.

 


 Рис. 14.3

 Как видно из рисунка 14.3а входная характеристика не зависит от напряжения . Выходные характеристики приблизительно равноудалены друг от друга и почти прямолинейны в широком диапазоне изменения напряжения .

14.4.  параметры биполярных транзисторов

 Для расчета и анализа устройств с биполярными транзисторами используют так называемые параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

Эмиттерное состояние транзистора, включеного по схеме с общим эмиттером, характеризуется четырьмя величинами: , ,  и . Две из этих величин можно считать независимыми, а две другие могут быть выражены через них. Из практических в качестве независимых удобно выбирать величины  и . Тогда , .

 В усилительных устройствах входными сигналами являются приращения входных напряжений и токов. В пределах линейной части характеристик для приращений  и справедливы равенства:

  ,  (14.7)

или

  , , (14.8)

где  соответствующие частные производные, которые легко могут быть найдены по входной и выходным характеристикам транзистора, включеного по схеме с общим эмиттером: если  или , тогда ,

 если  или  , тогда ,

 если  или  , тогда ,

 если  или  , тогда .

 Параметр  имеет размерность сопротивления, он представляет собой входное сопротивление биполярного транзистора.

 Параметр безразмерный коэффициент внутренней обратной связи по напряжению. Параметр безразмерный коэффициент передачи тока, характеризующий усилительные (по току) свойства транзистора при постоянном напряжении на коллекторе.

 Параметр  имеет размерность проводимости и характеризует выходную проводимость транзистора при постоянном токе базы.

 Характеристики транзисторов, так же как у полупроводниковых диодов, сильно зависят от температуры. С повышением температуры резко возрастает начальный коллекторный ток  вследствие значительного увеличения количества неосновных носителей заряда в коллекторе и базе. В то же время несколько увеличивается и коэффициент  изза увеличения подвижности носителей заряда. параметры транзистора, особенно коэффициент передачи тока  зависят от частоты переменного напряжения, при которой производят измерение приращений токов и напряжений, так как на высоких частотах начинает складываться конечное время, за которое носители (в транзисторе типа ( электроны) проходят расстояние от эмиттера до коллектора транзистора.

 Частоту, на которой коэффициент передачи тока  уменьшается до единицы, называют граничной частотой коэффициента передачи тока  . На практике часто используют частоту , на которой параметр  уменьшается в  раз.

 


Рис. 14.4

Для предотвращения перегрева коллекторного перехода необходимо, чтобы выделяемая в нем мощность не превышала некоторого максимального значения:

 . (14.9)

Если между коллектором и эмиттером приложено слишком высокое напряжение, то может произойти электрический пробой коллекторного перехода, потому необходимо, чтобы при работе транзистора коллекторное напряжение было меньше допустимого:

 , (14.10)

 Существует аналогичное ограничение и по колекторному току

 , (14.11)

которое обусловлено допустимым перегревом эмиттерного перехода. Область, выделенная этими тремя ограничивающими кривыми (рис. 14.4), является рабочей областью характеристик транзисторов.

  Для повышения мощности  в последнее время начали выпускать мощные транзисторные сборки, в которых транзисторы соединены одноименными выводами.

14.5. Дрейфовые транзисторы

 Деление транзисторов на типы связано с их назначением, а также применяемой технологией создания трехслойной транзисторной структуры. По технологии изготовления различают сплавные (рис. 14.5а), эпитаксиальные (рис. 14.5б) и планарные транзисторы (рис. 14.5в). По этим рисункам видны их отличительные особенности.

Диффузионная технология позволяет создать ускоряющее поле в базе для носителей заряда, проходящих в направлении коллектора, в связи с чем транзисторы, изготовленные по такой технологии, называют дрейфовыми. Отличие заключается в том, что для получения двух   переходов производится диффузия двух видов примеси (донорной и акцепторной). Таким образом, получаем полупроводниковую структуру транзистора типа  с двумя   переходами на границах раздела слоев.

 Эпитаксиальные транзисторы представляют собой разновидность транзисторов, получаемых с помощью диффузионной технологи. Их особенностью является малое объемное сопротивление коллекторного слоя, что существенно при работе транзисторов в импульсном режиме.

Принцип создания таких слоев основан на явлении эпитаксии ориентированного наращивания полупроводникового слоя.

В эпитаксиальных транзисторах типа  исходным материалом является низкоомная полупроводниковая пластина n типа, на которой наращивается высокоомный эпитаксиальный n слой. Затем методом последовательной или двойной диффузии создают базовый p слой и эмиттерный n слой.

 


Рис. 14.5

 Планарные транзисторы выполняют по технологии, наиболее полно отражающей современные достижения в производстве полупроводниковых приборов.

Процесс создания планарных транзисторов сопровождается диффузией примесей в плоскую (планарную) кремниевую пластинку, осуществляемой локально, т.е. с помощью защитных масок, полученных методами фотолитографии.

  Метод создания слоев транзисторной структуры по планарной технологии, как отмечалось, связан с локальной диффузией примеси. Если в число операций при планарной технологии помимо диффузии входит эпитаксиальное наращивание слоев, то технология получается пленарно эпитаксиальной. Такое же название имеют соответственно и транзисторы. Планарная и пленарноэпитаксиальная технология нашли широкое применение в производстве интегральных микросхем.

Изображение синусоидальных функций времени (напряжение, сила тока, мощность) векторами на комплексной плоскости Расчет сложной разветвленной цепи может быть существенно упрощен, если заменить синусоидальные токи и напряжения векторами, расположенными на комплексной плоскости. Такой метод получил название метода комплексных амплитуд.
Функциональная классификация интегральных микросхем