При изготовлении импульсных диодов в исходный полупроводник вводятся элементы, являющиеся эффективными центрами рекомбинации (Au, Cu, Ni), что снижает время жизни неравновесных носителей заряда. Толщина n-области (базы) уменьшается до значений меньших, чем значение диффузионной длины пробега дырок Zр. Это одновременно уменьшает и время жизни неравновесных носителей, и сопротивление базы. Конструктивно в.ч. диоды выполняются в виде точечной конструкции или плоскостной с очень малой площадью перехода.

12. Биполярный транзистор.

Бип. тр-ром (БТ) наз-ся электропреобразовательный полупроводниковый (ПП) прибор, имеющий два взаимодействующих перехода. Тр-р представляет собой кристалл ПП, содержащий 3 области с поочередно меняющимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования областей различ. БТ типов p-n-p и n-p-n. Принцип действия БТ различных тип. одинаков. Тр-ры получили назв. бипол., т.к. их работа обеспеч-ся носителями зарядов двух типов основными и неосновн.

Схематическое устр-во и условн. графич. обознач. p-n-p и n-p-n тр-ров показ. на рис. 1.

рис. 1.

Одну из крайних областей тр-ной структуры создают с повыш. концентрацией примесей, используют в режиме инжекции и наз. эмиттером. Среднюю область наз. базой, а крайнюю обл. – коллектором. Два перехода БТ наз. эмиттерным и коллекторным.

В завис. от того, какой электрод имеет общую точку соедин-я со вх. и вых. цепями, различ. 3 способа включ. тр-ра: с ОБ, ОЭ и ОК. Электрич. парам-ры и хар-ки БТ существенно различ-ся при разных схемах вкл.

По режимам работы p-n перехода различают 4 режима работы тр-ра:

1. Активный режим – эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт. Этот режим работы явл. обычным усилительным, при котором искажения сигнала min.

2. Режим насыщения – оба перехода откр. Падение U на откр. эмит. и колл. переходах напр. встречно, однако I в цепи Э-К проходит в одном напр., напр. от К к Э в тр-ре n-p-n типа (рис. 2.а). Тр-р работает в реж. насыщ. при относит. больших токах базы. Инжекции электронов в Б при этом становится столь сильной, что цепь К становится неспособной извлекать избыточные электроны из Б также эффективно, как в активном режиме. Концентрация электронов в Б у колл. перехода становится сравнимой с концентр. их у эмитт. перехода (рис. 2.b), что соотв-ет прямой полярности U на колл. переходе.

рис. 2.

3. Режим отсечки оба перехода закрыты. Он характ-ся очень малыми I ч/з запертые переходы тр-ра.

4. В инверсном реж. эмитт. переход закр., а колл. откр., т.е. Т вкл. «наоборот»: К работает в качестве Э, Э в качестве К.

Параметры БТ.

В справочниках приводятся основные и предельные параметры тр-ра.

К основным пар. относятся:

1. Емкость колл. перехода С_к;

2. Коэфф. усиления (передачи) по току h_21Э;

3. Обратный I колл. перехода при включенном эмитт. I_кб0;

4. Предельная частота f_a;

5. Сопротивление базы R_б.

13. Статические ВАХ биполярного тр-ра включенного по схеме с ОБ.

Статические хар-ки представляют собой графики экспериментально полученных зависимостей между I, протекающими в транзисторе, и U на его p-n-переходе при R_н = 0.

Вх. и вых. I и U различны для различных схем включения транзистора. Каждая из схем включения может быть охарактеризована четырьмя семействами статич. хар-тик. Практически обычно пользуются вх. и вых. характеристиками для схем с ОБ и ОЭ.

Рассм. ход статических выходных характеристик транзистора, включенного по схеме с ОБ, ход которых показан на рис. 1

рис. 1.

Вид хар-ки, снятой при I_э=0, соответствует обратной ветви ВАХ одиночного p-n-перехода. В этом случае I_к=I_к0, где I_к0 – нулевой коллекторный ток.

Если I_э > 0, то значения I коллектора увеличиваются за счет носителей заряда, инжектированных из эмиттера в базу. В этом случае коллекторный I протекает и при U_кб = 0. Для того, чтобы уменьшить значение колл-го I до 0, необходимо подать на колл-ный переход прямое U, при этом потенциальный барьер перехода снизится, и навстречу потоку неосновных носителей заряда потечет поток основных носителей заряда; при равенстве этих потоков колл-ный ток I_к равен нулю.

При увеличении обратного U на коллекторе снятые хар-ки, имеют небольшой подъем, т.е. I_к, возрастает при увеличении U на коллекторе. Это объясняется тем, что с увеличением обратного коллекторного U растет ширина коллекторного перехода (в основном в сторону базы), уменьшается рекомбинация неосновных носителей в толще базы, уменьшается рекомбинационная составляющая I базы, и I коллектора I_к=I_э - I_б при I_э=const несколько растет. Хар-ки, снятые ч/з равные интервалы изменения I эмиттера, располагаются неравномерно: чем больше значения I эмиттерного перехода, тем ближе друг к другу располагаются хар-ки. Это объясняется тем, что возрастание эмиттерного I приводит к увеличению рекомбинации, а значит к уменьшению I_к.

При больших значениях I_к коллекторное напряжение возрастает за счет лавинного умножения носителей заряда в коллекторном переходе.

Большую роль в работе транзистора играет обратный неуправляемый I коллекторного перехода I_к0, кот. явл. частью I_к при любом значении I_э. Т.к. I_к0 представляет собой ток неосновных носителей заряда, число которых непосредственно зависит от температуры, то его существование предопределяет температурную нестабильность работы транзистора.

14. Статические ВАХ бип. тр-ра вкл. по схеме с ОБ.

Рассм. ход статических вх. хар-ик транзистора, вкл. по схеме с ОЭ I_б=F(U_бэ)|U_кэ=const.

В этом случае они имеют вид, показанный на рис. 1.

рис. 1

Рассм. ход хар-ки, снятой при U_кэ=0. Если на коллекторную p-область подан нулевой, а на базовую n-область – отрицательный потенциал (т.е. |U_кэ| < |U_бэ|), то коллекторный переход находится под прямым U, и через него протекает диффузионная составляющая I (ток основных носителей заряда), которая замыкается через базу.

Через эмиттерный переход, на кот. от батареи подается прямое U, также протекает диффузионная составляющая I, причем, т.к. подача U_кэ=0 для схемы с ОЭ означает короткое замыкание между колл. и эмитт., I эмиттера тоже замыкается через базу. При изменении U_бэ каждый из этих токов изменяется в соответствии с ходом прямой ветви ВАХ p-n-перехода. В базовом выводе эмиттерный и коллекторные токи протекают в одном направлении, т.е. I_б = I_э + I_к и вх. хар-ка, снятая при U_кэ = 0, представляет собой прямую ветвь ВАХ двух параллельно включенных p-n-переходов.

Если вх. хар-ка снимается при каком-то значении обратного коллекторного U |U_кэ| > |U_бэ|, то на коллекторный переход подается обратное U. В этом случае I коллектора меняет свое направление, I эмиттера замыкается через цепь коллектора, и I базы является суммой двух противоположно направленных составляющих, рекомбинационной и тока I’_к0.

При U_бэ=0 рекомбинационная составляющая тока базы I_э(I-α())=0 и в цепи базы протекает только ток I’_к0. После того, как на эмиттерный переход подано прямое напряжение U_бэ>0, появляются эмиттерный ток и рекомбинационная составляющая тока базы по величине меньшая, чем ток I’_к0. В цепи базы протекает разностный ток. При увеличении U_бэ рекомбинационная составляющая растет, разностный ток I’_к0 - Iэ(I-α()) уменьшается, и при I_э(I-α())=I’_к0 ток базы равен нулю. При дальнейшем увеличении U_бэ ток базы меняет свое направление, и в цепи базы протекает разностный ток уменьшается и при I_э(I-α())-I’_к0.

При увеличении обратного U коллекторного перехода вх. хар-ки сдвигаются от начала координат вправо и вниз.

Сдвиг хар-стик вниз объясняется тем, что значения I’_к0 растут при увеличении обратного напряжения коллекторного перехода т.к. расширение перехода в сторону базы уменьшает рекомбинацию, в результате чего, увеличивается коэффициент передачи эмиттерного тока α(), и значения I’_к0 растут.

Сдвиг хар-стик вправо объясняется тем, что уменьшение рекомбинационной составляющей тока базы и равенство I_э(I-α())=I’_к0 достигается при больших значениях U_бэ.

15. Динамический режим работы биполярного транзистора.

При работе транзистора с нагрузкой имеет место взаимное влияние друг на друга токов I_э, I_к, I_б. Этот режим носит название динамического, а его характеристики – динамических.

Рассмотрим динамический режим транзистора, работающего по схеме с ОЭ (рис.1).

рис. 1.

При работе транзистора совместно с нагрузкой Rн, включенной в цепь коллектора, напряжение источника питания Е_к распределяется между нагрузкой и переходом коллектор-эмиттер (U_кэ): Е_к=U_кэ+I_к·Rн, поэтому ток коллектора изменяется по линейному закону в соответствии с выражением I_к=(Е_к-U_кэ)/Rн. Графическая зависимость I_к=f (U_кэ) представляет собой прямую линию, которая называется нагрузочной прямой. Для исследования свойств транзистора нагрузочную кривую наносят на семейство выходных характеристик (рис.2). Точка пересечения нагрузочной прямой с осью токов совпадает с точкой, для которой удовлетворяется условие I_к·Rн=Е_к.

рис. 2.

17. Т-образная схема биполярного тр-ра.

Параметры Z, У и Н наз-ся внешними параметрами, так как кроме свойств самого транзистора они зависят еще и от схемы включения (ОБ, ОЭ и ОК). Поэтому иногда более удобно при расчетах использовать схемы замещения.

Тр-р в этом случае представляется эквивалентной схемой, состоящей из определенного кол-ва электрических элементов (сопротивления, индуктивности, емкости и т.д.). Однако одними пассивными элементами нельзя описать усилительные свойства тр-ра. Поэтому в эквивалентную схему вводится еще генератор ЭДС или тока.

Т-образную эквивалентную схему замещения легко получить из уравнений четырехполюсника для Z-параметров на низких частотах. Заменив в уравнениях:

U_вх=r₁₁I_вх+r₁₂I_вых;    U_вых=r₂₁I_вх+r₂₂I_вых.

U_вх и I_вх через U₁ и I₁, а U_вых и I_вых соответственно через U₂ и I₂, будем иметь:

U₁=r₁₁I₁+r₁₂I₂;    U₂=r₂₁I₁+r₂₂I₂.

Прибавив и отняв во втором уравнении r₂₁I₁, что не изменит равенства и, выполнив несложные преобразования, получим:

U₁=r₁₁I₁+r₁₂I₂;   U₂=r₂₁I₁+r₂₂I₂+(r₂₁-r₁₂)·I₁.