Шишкин Г.Г., Шишкин А.Г. - Электроника (1006496), страница 28
Текст из файла (страница 28)
рис.4.23,в, г).Раздел152Если IвПри ИвэПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫО,llвнас• то напряжение на базе равно Ивэ=;;;.1.Ивэпор·=Ивэпор ключ начинает открываться, и токи базы иколлектора резко возрастают, т. е. происходит процесс включения, при этом rвх<< Rв·Во включенном состоянии величина базового тока равна Iв 1 ;:::: SБ1/Rв· Таким образом, скачкообразное= t2 - t1нарастание базового тока отстает на время задержки tздотносительно подачи входного импульса (см.
рис.4.23,б).Нарастание коллекторного тока происходит при постоянномтоке базы Iв1' при этом в принципе необходимо учитывать времяпролета носителей в базе, т. е. скачок коллекторного тока долженбыть сдвинут относительно скачка базового тока на величину этого времени. Однако этим временем можно пренебречь, посколькуоно, как правило, много меньше времени задержки tзд· :Коллекторный ток нарастает по экспоненциальному закону с постояннойвремени, равной времени жизни неосновных носителей в базе сучетом влияния емкости коллекторной цепи, которая перезаряжается через резистор Rк, при этом сопротивлением коллекторно-го слояr-{,,можно пренебречь, поскольку обычно Rк»r-{,,.жение на эмиттерном переходе во время нарастания токаНапряr =iк(t)изменяется мало, поэтому влиянием барьерной емкости эмиттерного перехода обычно пренебрегают.
Однако следует учитыватьвлияние выходной емкости СИ> так как напряжение на ней изменяется на значительную величину. В момент времениторный ток равен 0,9Iкнас (см. рис.ние (см. рис.4.23,4.23, г),t3коллека выходное напряжед) снижается до величины, близкой к Икэнас·Время нарастания tнр коллекторного тока и спада напряжения(tсп. u) можно вычислить по формуле[1](4.50)где 'tнр-постоянная времени нарастания коллекторного тока испада выходного напряжения, которая определяется временемпролета и временем заряда коллекторной емкости и емкости нагрузки и может быть вычислена по формуле{4.51}Здесь tпр-суммарное время пролета носителей через базу иколлекторный переход, Ск барколлекторного перехода.-усредненная барьерная емкостьГлаваФормула(4.50)4.153Биполярные транзисторыдает хорошую точность в быстродействующих схемах, где емкость нагрузки имеет малую величину.Если нагрузочная емкость велика, то время спада напряжения на выходе вычисляется по той же формуле(4.50),но оно будет больше времени нарастания тока.
Суммарное время tзд=+ tнр =tвкл есть время ВIUIЮчения. Для уменьшения величины включения tвкл необходимо уменьшать величины Сэ бар' Ск бар' Сю tпри увеличивать параметр р.Порис.окончании4.23,процесса включения (момент t = t 3 , см.г) ток коллектора ограничен величцной Iкнас' но в базовой области в этот момент накоплен избыточный заряд, характерный для активного режима, а в коллекторе накапливается заряд электронов,соответствующий режиму насыщения,т. е.
в рассматриваемых условиях в коллекторе транзистора посравнению с активным режимом накапливается избыточныйзаряд неосновных носителей.При t = t 4 входное напряжение мгновенно изменяется от значения +Sш до -&'в 2 (см. рис. 4.23), в цепи базы появляется отрицательный ток Iв 2=Sв 2 /R 1 при &'в 2»Ивэ· Этот ток вызывает понижение напряжения ЛИ вэ на базе из-за изменения напряжения на сопротивлении базы на величины ЛИвэ=Uш-Iв 2 )rf,.Большой положительный базовый ток образуется накопленнымив базе в режИ:ме насыщения неосновными носителями (дырками).Эмиттерный и коллекторный переходы будут открыты до техпор, пока избыточные неосновные носители у границ переходов вбазе не уменьшатся до нуля. Таким образом, пока избыточныеносители у границ переходов в базе существуют, ток коллектора остается равным Iкнас' а выходное напряжение равно Икэнас·Интервал времени междуt4и моментом, когда напряжение наколлекторе транзистора достигает уровня Икэнасзывается временем рассасывания (см.
рис.t54.23,+ 0,1 ЛИ,наг, д). К моментутранзистор переходит из режима насыщения в активный режим, начинается спад коллекторного тока и повышение выходного напряжения.Время рассасывания может быть вычислено по формуле(4.52)где постоянная времени рассасыванияной ранее в п.4.4'tpac близка крассмотренвеличине 'tкэФ' входящей в выражение(4.30).154Раздел1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИБОРЫСледовательно, постоянная времени tpac определяется в основном временем жизни дырок в коллекторе и электронов в базе. Для снижения этих времен необходимо ускорить рекомбинацию неосновных носителей, что технологически достигается легированием кремния атомами золота, которые создают уровниловушек (центры рекомбинации) в запрещенной зоне кремния.Увеличение то1щ базы Iв 2 также уменьшает tpac• поскольку приэтом удаляются избыточные электроны из базы.Интервал времени, когда выходной (коллекторный) импульстока уменьшается от значения0,9 его амплитуды до величины О, 1t 6 - t 5 (рис.
4.23, г).амплитуды называется временем спада tсп =OJio может быть оценено по формуле(4.53)В момент спада ток и напряжение изменяются во времени позакону, близкому к экспоненте с одинщtовой постоянной времени, приблизительно равной времени нарастания 'tнр• что и отражено в выражении(4.53).Суммарное время tpac+ tсп =tвыкл называется временем выключения. При большой емкости Сн переходной процесс нарастаниявыходного напряжения tнр и= t 7 рис.4.23,t 5 (штрихпунктирная линия над) определяется только зарядкой нагрузочного конденсатора через резистор Rк. Это время, которое может значительно превысить время спада tсп• аппроксимируется выражениемtнр и~ 2,3RкСн.4.8.Разновидности биполярных транзисторовИз всех классификационных факторов на практике наиболее часто используют классификацию по максимально допустимой мощности рассеивания и граничной частоте.
В зависимостиот максимально допустимой мощности рассеивания биполярные транзисторы могут быть: малой мощности (Р макс~(0,3 <ти (Р макс>Транзисторы, имеющие граничную частотуf гр1,5 Вт)Вт),средней мощности1,5 Вт).Р макс ~0,3и большой мощнос~3 МГц, относятся к щ:1зкочастотным, при 3 МГц < fгр ~~ 30 МГц к транзисторам средней частоты, при 30 МГц << f гр ~ 300 МГц - к высокочастотным, при f гр > 300 МГц к сверхвысокочастотным (СВЧ-транзисторам).Глава4.155Биполярные транзисторыНизкочастотные и высокочастотные транзисторы имеют ча щевсегоэпитаксиально-планарнуюилипланарнуюкремниевую структуру п-р-п-типа.
Они отличаются тем, что высокочастотныетранзисторыимеютменьшиеплощадипереходов,меньшие толщины базы и коллектора и времена жизни неосновных носителей.В силу сказанного,длянизкочастотных(НЧ) транзисторов характерны емкости переходов10 ... 100 пФ,10 пФ, дляа для высокочастотных (ВЧ) емкость не превышаетНЧ транзисторов tpacНаибольшие> 1 мкс, а для ВЧ tpac.;;;; О, 1 мкс.структурныеиконструктивныеособенностиприсущи СВЧ-транзисторам. Для увеличения граничной частоты необходимо уменьшать время пролета носителей от эмиттерадо коллектора и емкости транзистора.
Чтобы снизить это врем.я;,СВЧ-транзисторы изготавливаются на основе п-р-п-структуры,поскольку подвижность электронов в кремнии в три разабольше, чем подвижность дырок, и, кроме того, базу делают повозможности тонкой.Современный уровень технологии позволяет изготавливать базу толщиной менее О, 1 мкм. Однако при этом сопротивление базыс уменьшением толщины увеличивается, что приводит к снижению величины рабочих напряжений и, следовательно, мощности.Для уменьшения влияния указанных негативных явлений увеличивают концентрацию примесных атомов в базе, но при этом возрастают емкости переходов, которые можно снизить за счет минимизации размеров областей и других элементов транзистора,включая выводы.
В результате барьерные емкости переходовтранзистора очень малы, поэтому на граничную частоту влияютпаразитные емкости и индуктивности выводов, для уменьшениякоторых корпуса транзисторов изготавливают с плоскими выводами и, кроме того, часто используют бескорпусные транзисторы. Структура СВЧ-тран3истора обычно содержит несколько базовых и эмиттерных областей и соответствующих слоев.Целым рядом преимуществ по сравнению с кремниевымиСВЧ -транзисторами обладают транзисторы на основе GaAs с гетеропереходами, транзисторы на горячих электронах, особенно транзисторы с металлической базой и транзисторы с проницаемой базой.Коротко рассмотрим особенности перечисленных приборов.Транзистор с гетеропереходом имеет широкозонный эмиттер n-типа изAlxGa 1 _ xAs,GaAs.Характерной особенностью гетеропереходов, которые оббазу р-типа изGaAsи коллектор п-типа изразованы полупроводниками с различной шириной запрещен-156Раздел1.ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ПРИЕiОРЫной зоны, .являете.я наличие потенциальных скачков (барьеров)как в зоне проводимости, так и в валентной зоне (см.
п.2. 7).В результате транзисторы с гетеропереходами имеют следующие преимущества:1)высокую эффективность эмиттера из-за крайне малой инжекции дырок из базы в эмиттер, чему препятствует высокий потенциальный барьер в валентной зоне;2)малое сопротивление базы из-за ее сильного легированиябез снижения эффективности эмиттера, что также связано с наличием высоких потенциальных барьеров в области эмиттерного перехода;3)лучшую переходную характеристику по сравнению с обычным транзистором из-за высокого коэффициента усиленияпо току и низкого сопротивления базы;4)возможность работы при повышенных температурах вплотьдо Т0-350 °С.В настоящее врем.я разработаны транзисторы с параметром ~: : : 350,с граничной частотой, превышающей lОГГц.Одними из перспективных в СВЧ -диапазоне .являются транзисторы на горячих элекrронах.
Горячими называют электроны,энергия которых превышает энергию Ферми на несколько kT= 1,38 • l0- 23 Дж/К постоянна.я Больцмана, Т- темпера"(kтура решетки в градусах К). Горячие, иначе, быстрые электроны, формируются за счет создания больших потенциалов, ускоряющих электроны на границе между соседними областямитранзистора. Было предложено и исследовано достаточно многотрехэлектродных структур, подобных биполярным транзисторам, с переносом горячих электронов от эмиттера к коллектору.Основное отличие этих приборов от чисто полупроводниковыхклассических транзисторов заключаете.я в способе инжекцииэлектронов в базу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
