Биполярный бездрейфовый транзистор. Определение и классификация транзисторов

 

Импульсные диоды. Особенности конструкции, ВАХ импульсных диодов. Основные параметры, применение. Переходный процесс прямого и обратного переключения диодов. Работа диодов от источника тока. Методы повышения быстродействия диодов.

Импульсный диод – это полупроводниковый диод, имеющий малую длительность переходных процессов при его переключении (изменении полярности подаваемых импульсов тока и напряжения) и предназначенных для работы в импульсных режимах.

Особенности конструкции – точечный диод состоит из кристалла германия, припаянного к кристаллодержателю, контактного электрода в виде тонкой проволоки и стеклянного баллона. Получают методом электроформовки или приваркой проволоки к полупроводнику при прохождении импульса тока, и образования аналогового p-n -перехода.

ВАХ импульсного диода: Осн. назначение имп. диодов – работа в качестве коммутирующих элементов, применение их для детектирования ВЧ сигналов и для других целей.

Основные параметры:

1) прямой средний ток I_пр

2) прямое падение напряжения при I=I_пр есть U_пр

3) макс. знач. прям. тока и напр-я I_пр.max и U_пр.max при I_пр.max

4) макс. допустимое обр. напряжение U_обр.max=(0,5-0,8)U_пробоя

5) значение обр. тока при I_обр, U_обр=U_обр.max Скважность Q=I/τ_u

6) τ_вос-время восстановления обр. сопр. диода - временя от момента перехода тока диода через ноль до момента значения обратного тока 1,1 I_обр стационарное.

7) τ_уст-время установления U_пр диода, равное времени от момента подачи имп. прям. тока на диод (при 0 нач. напр-ии смещения) до достижения заданного значения прямого напряжения на диоде.

Факторы, влияющие на инерционность работы импульсного полупроводникового диода:

1) Накопление неравновесных носителей заряда в базе при прямом смещении

2) Влияние барьерной емкости

Имп. диоды: 1) Быстро действующие τ_вос<10 мс; 2)средне 10 < τ_вос<100 мс 3) низко τ_вос> 100 мс

Методы уменьшения τ_вос:

1) Создание рекомбинационных центров в области базы (золото)

2) Применение диодов с накопление зарядов ДНЗ-диоды

При переключении диода с прям. направления на обр. в начальные момент временя через диод идет большой I_обр, ограниченный объемным сопр. базы. Накопленные в базе неосн. носители заряда рекомбинируют или уходят из базы через pn-переход, после чего I_обр уменьшается до своего стац. знач-ия. Переходный процесс, в течение которого обр. сопротивление п/п диода вост. до постоянного значения, наз-ся временем восстановления обр. сопр. диода.

Переходный процесс, в течение которого прямое сопротивление п/п диода устанавливается до постоянного значения, называется временем установления прямого напряжения диода.

Работа имп. п/п диода от генератора постоянного тока:1) t Î(0,t₁), i(t),U(t) = 0

2) tÎt₂, i₁(t₁)=I_пр (U_пр.max – макс.прям.падение напр-ия)

3) tÎ(t₁,t₂) ­p_nÞ¯r_бÞ¯UÞ1,1U_{пр.стац}

4) tÎ(t₂,t₃) Диод открыт 5) t=t₃, i(t)=0

6) Рассеивание избыточ. конц-ии неосн. носителей.

Меры повышения быстродействия диодов:

1) ­U_{пр.стац}Þ¯r_б 2) ¯С_{перехода}Þ¯S

3) Работа диода при малых входных воздействиях

4) ¯W(толщ. базы)=>0.1L_P ®­быстродействия в 100 раз

5) ¯времени пути неосн. носителей заряда в базе диода

6) Подключение малых величин R_Н, С_Н

7) Изготовление pn-перехода (от плоского к точечному)

8) Использование диодов шотки

9) Исп-ние ДНЗ-диодов (диоды накапливающие заряд)

Эквивалентные схемы полупроводниковых диодов для малого переменного сигнала, низкой и высокой частоты. Физическое содержание элементов схемы, методы определения.

 

 

Высокочастотная Низкочастотная

Физическое содержание:

1) С_дф конденсатор, характеризующий наличие в диоде диффузионной емкости

2) r_Б, r_диф резисторы, определяют дифференциальное сопротивления и сопротивление базы диода.

;

При низких частотах когда ωτ<<1, τ – время жизни инжектированных в базу диода носителей.

; , здесь

Биполярный бездрейфовый транзистор. Определение и классификация транзисторов.

Транзистор – это электропреобразовательный прибор с одним или несколькими электрическими переходами и пригодный для усиления сигнала по мощности электрических сигналов, имеющих 3 или более вывода.

Биполярный транзистор – имеет 2 близко расположенных и взаимодействующих p-n переходов, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных для базы носителей. Управление током производится путем изменения уровня инжекции эмиттерного перехода.

Классификация:

1. По принципу действия:

- биполярные (дрейфовые, бездрейфовые)

- полевые

1. По материалу:

1ый элемент маркировки: Ge: Г, 1; Si: K, 2; соед Ga: А, 3.

2ой элемент маркировки: Т – биполярный, П – полевой

1. По мощности:

-маломощные (до 300 мВт) (1-низк, 2-средн, 3-высок)

-средней мощности от 0,3 до 1,5 Вт (4,5,6)

-мощные больше 1,5 Вт (7,8,9)

1. По рабочему диапазону частот:

-низкочастотные (<3 МГц)

-среднечастотные (3 – 30 МГц)

-высокочастотные (>30 МГц)

3ий элемент – цифра, определяющая функциональные возможности транзистора

4ый – номер разработки

1. По методу изготовления:

-сплавной

-диффузионный

-диффузионно-сплавной

-планарный

-мезапланарный

-эпитаксиально-мезапланарный
11. Устр-во и степень легирования областей. Распределение поля и потенциала вдоль Т. Распределение носителей в базе. Схемы включения Т. Коэф. усиления - К_i, К_U, К_P.

Биполярный транзистор – имеет 2 близко расположенных и взаимодействующих p-n переходов, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных для базы носителей. Управление током производится путем изменения уровня инжекции эмиттерного перехода.

БТ состоит из пластинки монокристалла п/п, имеющей 3 области с чередующимся типами проводимости. В зав-ти от порядка чередования областей: транзисторы типов p-n-р и n-p-п. Одну из крайних областей транзистора легируют примесями сильнее. Эта область работает в режиме инжекции и называется эмиттером. Средняя область слабо легирована примесями и называется базой, а другая крайняя область - коллектором. Коллектор служит для экстракции носителей заряда из базовой области, поэтому по размерам он больше эмиттера.

В БТ обычно выполняется условие: Nэ > Nк >> Nб; W =(0,1-0,3) L.

pn-переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом, а между коллектором и базой — коллекторным. В усилительном режиме на ЭП подается прямое напряжение, на КП — обратное. Носители заряда от эмиттера к коллектору через базу движутся расходящимся пучком, поэтому площадь КП выполняется больше площади ЭП, чтобы обеспечить наилучшие условия передачи носителей заряда от Э к К.

 

Коэффициенты усиления - К_i, К_U

К_P: ; ; .

Распределение поля и потенциала вдоль Т: Распределение носителей в областях транзистора:

Схемы включения транзистора n-p-n структуры:

12.Токи в транзисторе. Коэф. передачи транзистора по току в схеме с ОБ α. Его зависимость от материала п/п, степени легирования, и конструктивных особенностей транзистора. Коэф. передачи транзистора по току в схеме с ОЭ β;.

Схема с ОБ.

γ – эффективность эмиттера, показывает какую часть полного эмиттерного тока составляют основные для эмиттера носители (р_э и р_б - уд. сопр. эмиттерного и базового слоев п/п, W - толщина базы; Lp - длина свободного пробега дырок в базе)

Чтобы увеличить γ надо: увел. Nпрэ, уменьшить Nпрб, уменьшить W, увел. Lp.
Рекомбинационные потери в базе учитываются коэффициентом переноса χ. Коэффициент переноса показывает, какая часть дырок, инжектированных эмиттером, достигает КП:

Чтобы увеличить χ надо: увел. уменьшить Nпрб, уменьшить W, увел. Lp, внешний вывод базы отодвинуть от активной области, уменьшить поверхостн. рекомбинацию (спецпокрытие).

Через КП протекает не только дырочный, но и эл. ток, поэтому можно говорить об эффективности КП а*, определяемой из соотношения: а* =I_K/I_KP=(I_KP+I_КП)/I_KP

Чтобы увеличить а* надо: увел. Nпрк, Sк>Sэ, Uкб доп.=0,8Uлав.пр, увел. р_б т.е. умен. Nпрб.

Произведение трех коэффициентов γ, χ, а* определяет коэффициент передачи эмиттерного тока в К а или коэффициент передачи по току БТ в схеме включения с ОБ:

при Uкб <Uлав.пр а *=1,т.е. =>

I‘_б= I_э - I_к = (1-а)I_э –рекомбинационная состов. тока базы

I_к0 – неуправл. ток КП

I_к0 = I₀ (ток насышения) +I_тг (ток термогенер) +I_у (ток утечки) Схема с ОБ:

для любой схемы вкл.

I_э= I_к + I_б

I_к= а I_э+ I_к0

I_б= (1-а)I_э- I_к0

Так как I_к > I_б то транзистор в схеме с ОЭ усиливает и по току, коэффициент усиления по току β:

Если а=0.9-0.995 то β=10-200

 

Диограма токов в тразсторе в схеме с ОЭ.

для любой схемы вкл.

I_э= I_к + I_б

I_к= а I_э+ I_к0

I_б= (1-а)I_э- I_к0