Касаткин А.С., Немцов М.В. Курс электротехники (2005) (1021859), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Такой контакт обладает односторонней проводимостью. Электрические переходы такого типа называются барьерами Шотки по имени исследовавшего их ученого. 10,3, ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ДИОДЫ В полупроводниковых диодах используется свойство р-л перехода, а также других электрических переходов хорошо проводить электрический ток в одном направлении н плохо — в противоположном.
Эти токи и соответствующие им напряженна между выводами диода называются лряльыль и обрагнььль гокамьь, прямым и обратным напряжениями. По способу изготосления различают сплавные диоды, диоды с диффузионной базой и точечные диоды. В диодзх двух первых типов пере. ход получается методами слзвлсния пластин р- и л-типов или диффузии в исходнуьо полупроводниковую пластину примесных атомов.
При этом )льь переход создается на значительной площади (до 1000 мм ) . В точечных диодах площадь перехода меньше 0,1 мм . Они применяются главным образом в аппаратуре сверхвысоких частот лри значении прямого тока 10 — 20 мА. По функциональному назначению полупроводниковые диоды делятся на вьзьрямительные, импульсные, стзбилитроны, фотодиоды, свето. излучающие цноды и т. д. Выпрямительные диоды ььредцазььаченьь длл преобразования переменного тока в постояььььььй и выполняются по сплавной или диффузионной технологии.
На рис. !0,1! приведены условное изображение выпрями- тельного лнода и его типовая вольт-зльььерььая характеристика. Прямой ток диола направлен от аььодьього А к кагоднольу Кат выводу. Негру. зоюьую способность выпрямнтельного днодз определяют; допустимый лрямон ток ь' и сооьвсьсгвунлпсе ему нряльое напряжение П, доььп ПР' 243 Диа и~ т. РаРааюар а) сс) Рис. !О !2 Рис !О.! ! пустимое обратное напряжение У б и соответствующий ему обратный обр ток т' б, допустимая мощность рассеяния Р и допустимая темпе- обр' рйс ратура окружающей среды !ло 50 С для германиевых и до 140 *С для кремниевых диодов) . Вследствие болыной плошади р-л перехода допустимая мощность рассеяния вьщрямительных диодов малой мощности с естественным охлаждением (рис, 10.!",а) достигает 1 В» при значениях прямого тока до 1 Л. Такие диоды часто применяются в цепях автоматики и в приборостроении.
У вылрямнтельных диодов большой мощности (рис. 10.12, б) с радиаторами и искусственным охлаждением (воздушным или водяным) допустимая мощность рассеяния достигает 10 кВт при значениях допустил1ых прямого тока до 1000 А и обратного напряжения до 1500 В. Импульсные диоды предназначены лля работы в цепях формирования импульсов напряжения и тока Сгабилигроны, называемые также опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжения. В этих диодах используется явление неразрушающего электрического пробоя (лавинного пробоя) р-л перехоДа пРи опРеДеленных эначсниЯх обРатного напРЯжениЯ У б = Уи „ обр проб (рис. 10.13, а). На рис.
10.13, б приведена простейшая схема стабили- рис !о ~ Э затора напряжения на приемнике с сопротивлением нагрузки г . При н' изменении напряжения между входными вьюодами стабилизатора Сг ) с/ (г + г) !г напряжение между выходными выводами вх проб н н Сг = СГ изменяется незначительно. вых проб 10.4. БИПОПЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодей. ствия двух близко расположенных р-л переходов.
Различают плоскост. ные и точечные биполярные транзисторы. Переходы в точечных биполярных транзисторах имеют малую площадь и аналогичны по конструкции переходам в точечных диодах. Такие транзисторы не получили существенного распространения, Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа л-р-л (рис. 10.14) и типа р-и-р. Па рис.
10.!5, а и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с цвиже. нием носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов), Средний слой биполярного транзистора называется базой Б, один крайний слой — коллектором К, а другой крайний слой — эмитгером Э. Каждый слой имеет вывод, при помощи которого транзистор включается в цепь. В зависимости от полярности напряжения между выводами биполярного транзистора он работает в различных режимах.
Различают четыре режима работы биполярного транзистора: 1) активный режим, в котором переход эмиттер — база включен в прямом направлении, а перехоц коллектор — база — в обратном: 2) инверсный режим, в котором переход эмиттер — база включен в обратном направлении, а переход коллек гор — база — в прямом; 3) режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении; База р-тип зииттер и-тип Коппехтор и-тип Рнс !Л !4 245 4) режим насыщенна, в котором оба перехода включены в прямом направлении, В схемах, в которых транзистор применяется для усиления сигналов, основным является его активный режим работы. Г!ри подключении положительного полюса источника постоянной ЭДС Е = — (т в к базе потенциальный барьер р-л перехода (л-р-л транзистор на рис.
10.14) между базой и эмиттером понижается. Свободные электроны диффундируют (инжектируются) из змиттсра в базу, образуя ток Г в цепи эмнттеоа. Если между коллектором и базой включен источник постоянной ЭДС Е = () отрицательным полюсом к базе, то увеличивается потенциальный барьер р-л перехода между базой и коллектором Большая часть электронов, инжектированных из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем с напряженностью Ик этого р-л перехода, образуя ток 7 в цепи коллектора.
Заметим, что электрическое поле в переходе коллектор — база существует и при разомкнутой ветви с источником ЭДС Е (см. рнс. 10.4). Поэтому ток коллектора от значения напряжения () > 0 зависит мало. Незначительная часть свободных электронов, инжектированных из эмиттера в базу, образует ток l в цепи базы. В рассмотренном случае база является обшим электродом входной и выходной цепей. Такая схема включения биполярного транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Для уев!ения сигнала применяются также схемы включения биполярных транзисторов с общим коллектором (ОК) и общим эмиттером (ОЭ), Последнюю рассмотрим более подробно, так как она наиболее распространена (рис.
10.16) . Работу биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ, опре. деляют статическими коллекторами Г (()кЭ)/ (рис. !017, а) КЭ !„= сопы и базовыми (Ь ((' Э),, (рис. !О.!7, б) характеристиками КЭ Область рабочих режимов транзистора на его коллекторных характеристиках ограничена максимально допустимыми значениями тока л — р-и г — — -! Тб — — 4 р-и-р Рис !О !б Рнс. !О !5 24б /, напряжения (/ Э н мощности рассеяния Р Ктах' КЭтах пас гпах КЭ К' (/К Э/ а также нелинейными искажениями прн малых значениях тока коллектора, рассматривая транзистор с ОЭ как нелинейный трехполюсник, вклю. ченный в цепь на рис.
6.12, опишем аналогично (6.5) его работу в режиме малого сигнала системой линейных уравнений: БЭ '' Б 'т КЭ' ~21 Б ~22 КЭ (10.4а) (10.4б) гце Б (10,5) /Ит= КЭ параметры биполярного транзистора, которые можно рассчитать по заданным статическим характеристикам. Их типовые значения нахоцят- /к,ма К~ ак 7ОО /О Ока ам Укьа а/ О Ц) с — — — — — — — . Рис 1017 ~Б ск е ' 1о ~в 247 д Б, Б„= — ' д/. КЭ д/ /~22 КЭ / = сопи Б ся в пределах 10-' —: !О-' (10.6) )мэ: — 10 ' — ' 10 ~ См. йш= !озе !О'О, Д„= .оеэоо; Пренебрегая значением параметра /Ы .. получаем аналогично рис 6.13 схему замещения биполярного трщгзистора, включенного по схеме с ОЭ (рис. 10.18), в режиме люлых снп1алов, где йы =г и 1/Ьзт =г входное и выходное сопротивления, 81,1. — источник тока, управляе- Б мый током базы 1 .
Последнее обстоятельство позволяет считать, что биполярный транзистор представляет собой прибор, управляемый током, Основное достоинство биполярных транзисторов — высокое быстродействие при достаточно оольшнх токах коллектора. Наличие внешних теплоотводов позволяет работать биполярным транзисторам при лзощности рассеяния до 50 Вт и токах ло 10 А.
Основной недостаток — относительно небольшие сопротивление входной цепи биполярного транзистора, включешюго по схеме с ОЭ (1 — !0 кОм), и плотность размещения при производстве интегральных микросхем. 10,В, ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ зп! ) '3 к! 1( заь Различают полевые транзисторы с управляющим р-л перехоцом и на основе конструкции метзлл -диэлектрик — полупроводник или М)аП.транзисторы. А, Полевые транзисторы с управляющим р.л переходом.
Рассмотрим принцип работы полевого ~ранзистора с управляющим д-л переходом (рис. 10.19) . Между двумя элекгролами, называемыми истоком И и стоком С, расположен л.канал нз полупроводника п-типа. Если между истоком и стоком включен источник с ЭПГ 1:с положительным полюсом к стоку, то в л-канале есть ток проводимости (10.1), значение которого зависит от сопротивления канала. В свою очередь сопротивление л-канала зависит от его ширины, которую в полевых транзисторах можно изменять. Для этого между третьим электродом, называемым затвором 3, и истоком включен источник ЭДС Е отрицательным полюсом к затвору, так что д-л переход между и-каналом и полупроводником р-типа, который находится у затвора, включен в обратном направлении. Ширина обедненного подвижными носителями рч1 перехода влияет на ширину л-канала и тем самым на его проводимость. От.
метим, что вместо и-канала может быль р-канал из полупроводника р-тига, а затвор — из полупроводника л-тица. Напряжение д-л перехода вдоль канала непостоянное Ряс. !0.19 2с,чх гс 20 и,„,а а) Рис 1О 20 ЗНссс 249 и имеет отрицательное значение, т, е, переход на всем протяжении включен в обратном направлении. Наибольшего абсолютного значения напра. жение достигает у стока, где перекрьпие канала будет максимальным (показано заштрихованной областью на рис. 10.19) . Работу полевого транзистора с управляющим р-л переходом апре. деляют статические стоковые / (У,и)о, (рис.
10.20, а) и ЗИ стоко-затворные 1Г(Сзи)с,, (рис. !0.20, б) характеристики. Г ЗИ 0 =сопи Чрезмерное увеличение напряжения с1 и вызывает лавинный пробой между затвором и стоком. При напряжении (2 и, меньшем напряженна отсечки (Г и,, канал закрыл (1 = — 1 ). Изменение полярности напряжений (/ или У И нарушает работу затвора, В рассмотренном случае (рис.
10.19) полевой транзистор включен по схеме с общим истоком (ОИ) . Возможно вкл1очение полевого транзистора также по схеме с общлм стоком (ОС) и оощим затвором (ОЗ). Однако две последние разновидности схем включения применяются редко и здесь не будут рассматриваться. Рассматривая полевой транзистор с ОИ как нелинейный трехполюсник, включенный по схеме на рис. 6.12, опишем аналогично (6.7) "э с 1 се Рис. 50.2! его работу в режиме малого сигнала системой линейных уравнений: (10.7а) 3 У!' ЗИ У'т СИ' .'с у" из и у" иси (! 0.76) где дтз У!э = дг2си ! Г/ЗИ = сопи (10.8) дт Ус! 'гЗИ и = сопи си "с Ут2 д "Си и = сопи ЗИ "с Ут ! ЗИ вЂ” параметры полевого транзистора, Они определяются нэ опыта илн по статическим характеристикам (рис. 10.20) и имеют типовые зна- чения у,т = 10 —:10 '' См; уэт = 10 е 10 См.
Р3, = 10 7+10 э См уэ ! = 10 э —: 1О ' См; (10.9) Пренебрегая малым значением параметра у, э, получаем (см. рис, б. 14) схему замещения полевого транзистора, включенного по схеме с ОИ (рис. 1021), в режиме малого сигнала, где 1/у,, =г и 1/утт =г входное и выходное сопротивления, Яизи =у,,и И вЂ” источник тока, управляемый напряжением и и. Последнее обстоятельство позволяет рассматривать полевой транзистор как прибор, управляемый напряжением, в отличие от биполярного транзистора, управляемого током базы (рис. 10.18), Величина о = уэ, называется крутизной стоко-затворной характеристики, Б.
Полевые МЯП-транзисторы. Полевые МДП-транзисторы отличаются от полевых транзисторов с управляющим р-и переходом тем, что в иих электрод затвора изолирован от канала слоем диэлектрика, В качестве диэлектрика обычно используется окисел 510,. Поэтому наря- 250 Вн~ 1О 22 ду с термином МЛП нольэуются термином МОП, отражающим структуру метзлл--оксиц — полупроводник Различают МЛП-транэисторы с инцупнрованным каналом и со встроенным каналом. л(ДП-транзистор с плдуцщмпалньси каналом риипа представляет собой пластину кремния л.тнпа, назывземую подложкой, в которой соэдаютщ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
