Пасынков.Полупроводниковые приборы (1084497), страница 45
Текст из файла (страница 45)
В качестве параметров режима насыщения обычно принимают измеренные при определенных токах значения падения напряжения между выводами транзистора. Например, Укь„„ — падение напряжения между выводами коллектора и базы в режиме насыщения (для схемы с общей базой) или 1/кэн„— падение напряжения между выводами коллектора и эмиттера в режиме насыщения (для схемы с общим эмиттером). Если эти падения напряжения отнести к току, проходящему через коллектор, то полученный параметр называют сопротивлением насыщения.
4 в.р. прокоп трднзмсторов На процессы в транзисторе существенное влияние оказывает напряжение иа коллекторе. Такое влияние обусловлено следующим При изменении напряжения изменяется толщина области объемного заряда коллекторного перехода и соответственно толщина базы, а при достаточно больших коллекториых напряжениях начинает сказываться лавинное размножение. С повышением напряжения на коллекторе толщина базы становится меньше, что приводит к увеличению градиента концентрации носктелей заряда в базе, к уменьшению времени, в течение которого носители находятся в базе и, следовательно, к умень- 2!4 Абсолютное значение Имго как правило, лишь немного меньше единицы.
Помимо этого иногда используют значение крутизны передаточной характеристики — )ир!Б1 ! — 1ит!Б1 (4.51) 2!5 шению роли рекомбинации в базе. Это ведет к росту коэффициентов передачи Ьмэ и Ьмь- Смыкание переходов. При достаточно больших напряжениях на коллекториом переходе область объемного заряда коллектор- ного перехода может достигнуть эмиттерного перехода— произойдет так называемое смыкание переходов. Прн этом потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается (рис. 4.11), возрастает ток эмиттера, а значит, и трт в ток коллектора. По внешним приз- ул накам смыкание напоминает пробой илн короткое замыкание эмиттера с коллектором.
Таким образом, смыкание переходов является одной из причин, ограничивающих напряже- Ю ние коллектора. з-4(Р Лавннный пробой транзистора в схеме с общей базой. Второй причиной, ограничивающей напряжение коллектора, является лавинное размножение. При этом существенную р) роль играет режим цепи базы. Если ток в цепи базы не ограничен, что имеет место, например, в схеме с общей базой, то пробой транзисто- й а ров не отличается от пробоя полу- Рис. 4.!!. Зффеит спи«внии пепРоводникового диода. В этом слУ рехоьов в транзисторе: чае в коллекторнОМ переходе прОП- и — энергетииеснап анаграмма ЗОйдЕт ЛаВИННЫй Прабпй Прн Про- транэнсторв при нерон«игом нвприбивном напряжении Ькьо ., и, ЛаВИИНЫй ПрабОй КОЛЛЕКтОриого «олпе«торного и эмиттерного пере- перехода представляет собой обра- «оаов тимый процесс, если ограничить возрастающий при пробое ток.
С увеличением тока коллектора при лавинном размножении лавинный пробой может перейти в тепловой пробой с появлением отрицательного дифференциального сопротивления иа выходе транзистора. Этот переход к тепловому пробою наиболее вероятен в транзисторах, изготовленных из германия (материала с малой шириной запрещенной зоны). Пробой транзистора в схеме с общим эмиттером. С увеличением напряжения иа коллекторном переходе статический коэффициент передачи тока эмиттера с учетом размножения носителей в коллекторном переходе возрастает и при напряжении (гиэ пи становится равным единице. Это напряжение при некоторых условиях может оказаться пробивным для транзистора в схеме с общим эмиттером.
Действительно, ток коллектора в схеме с общим эмиттером При неизменном токе базы (!а=сопз1) н при (/кэ- (/кэч а ток коллектора будет стремиться к бесконечности, т. е. произойдет пробой транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Какие же физические процессы приводят к пробою транзистора при данных условиях? Если ток базы зафиксирован (например, при разомкнутой цепи базы или при включении в нее достаточно большого сопротивления), то в транзисторе начинает проявляться обратная связь. Образующиеся при лавинном размножении пары носителей заряда разделяются электрическим полем коллекториого перехода: иеосиовные для базы носители уходят в коллектор, а основные — в базу (рис. 4.12).
Таким образом, в базе создается избыточный заряд основных носителей и соответственно изменяется ее потенциал. Получающееся при этом напряжение открывает эмиттериый переход и уаеличиааег ток эмиттера. Если вывод базы отключен от схемы, т. е. ток базы равен нулю, то основные носители заряда, Я-4и нуть только двумя путями: либо г накопившиеся в базе, могут исчез- э а уйти в эмиттер, либо рекомбниироу' вать с иеосиовиымн носителями, инжектироваиными эмиттером. Однако транзистор делают так, что вероятность этих событий довольно Ф т мала — из эмнттера в базу проходит гораздо больше носителеи, чем из базы в эмнттер, и носители, иижектированные в базу, почти не рекомбниируя, доходят до коллектора.
Следовательно, каждый основной носитель, оказавшийся в базе в результате ударной ионизации в коллекториом переходе, прн отмеченных условиях вызовет инжекцию из эмиттера в базу большого числа неосноаных носителей, что и прнвадег к существенному росту тока коллектора. Пробивное напряжение коллектор — эмиттер при 1, = 0 может быть значительно меньше пробивного напряжения коллектор — база при !, = О.
Соотношение между этими пробивными напряжениями транзистора в различных схемах включения можно найти, используя выражение для коэффициента лавинного размножения носителей (3.70): ~ь 1=к ь,м= — ~-"~~~а ! — -= ! (452) ( ~касаев 1, ~~кэои, а 216 Тогда Укзол,м = (7кэоч ь 1 — (Ииэ ь (4.53) где (Им,(ч, — абсолютное значение Им, без учета лавинного размножения.
Согласно выражению (4.53), разинца между пробивными напряжениями транзистора при отключенном третьем выводе тем больше, чем больше статический коэффициент передачи тока эмиттера и чем меньше коэффициент Ь, который зависит от исходного материала (см. $3.11). Отсюда можно сделать следующие практические выводы: 1. Необходимо иметь в виду возможность пробоя транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, при значительно меньших напряжениях, чем пробивное напряжение коллекторного перехода, если в цепь базы включено относительно большое сопротивление.
Эти процессы будут обратимыми, если ток коллектора ограничен параметрамн внешней схемы в цепи коллектора (например, при большом сопротивлении нагрузки). В противном случае мощность, выделяющаяся в коллекториом переходе при резком увеличении тока коллектора, может превысить допустимое значение, тогда произойдет необратимый пробой транзистора, связанный с тепловым разрушением. 2. При включении транзистора в схему, находящуюся под напряжением (например, при измерении параметров транзисторов), вначале необходимо присоединить вывод базы, а затем выводы эмиттера и коллектора, чтобы не возникло условие нулевого тока базы.
Вторичный пробой. Под вторичным пробоем понимают явления, связанные с разогревом коллекториого перехода и приводящие к резкому увеличению коллекториого тока при одновременном уменьшении коллекториого напряжения. Прн вторичном пробое транзистора, как и при тепловом пробое диода, происходит шиурование тока, проходящего через коллекториый переход. Шиуроваиие тока связано с наличием различного рода дефектов на поверхности и в объеме транзисторной структуры, которые могут приводить к локальному увеличению плотности тока через коллекториый переход. Локальное увеличение плотности тока приводит к локальному разогреву, что, в свою очередь, обусловливает: 1) увеличение тепловой генерации носителей заряда в этом месте р-и-перехода коллектора и, следовательно, увеличение локальной плотности тока, еще больший локальный разогрев и т.
д. При этом тепловая генерация носителей может возрасти настолько, что область объемного заряда вообще исчезнет иа малой плошади коллекторного перехода; 2) локальное уменьшение толщины р-и-перехода коллектора и повышение напряженности поля, а следовательно, и увеличение ударной ионизацин. При этом увеличатся локальная плотность тока, локальный перегрев, тепловая генерация и т. д.; 3) увеличение локального коэффициента передачи тока эмиттера, так как с повышением температуры растет время жизни носителей; это вызывает еще большую концентрацию проходящего тока, еще больший локальный разогрев и т.
д. Все эти явления приводят к резкому увеличению тока и уменьшению напряжения. Инерционность данных явлений, связанных с тепловыми процессами, может быть очень малой из-за малости объема, где происходит шнурование тока, Если ток через транзистор при вторичном пробое не ограничить, то локальный разогрев приведет к необратимым изменениям в транзисторе вплоть до локального расплавления. Чаще всего в результате вторичного пробоя базовая область транзистора проплавляется эмнттерным сплавом, т.
е, сквозь базу протягивается тонкая область того же типа электропроводности, что и эмиттерная и коллекторная области, закорачивая эмиттер и коллектор. При этом характеристики как эмиттерного, так и коллекториого переходов могут остаться неизменнымн, а эмиттерная и коллекторная области окажутся закороченнымн. Если же ток через транзистор при вторичном пробое ограничить, то локальный разогрев может не привести к расплавлению кристалла в тонкой области шнуроваиия тока. В этом случае иногда может существовать относительно стабильное состояние с малым падением напряжения между коллектором и эмнттером. Однако сохранение подобного состояния в течение длительного времени или неоднократные повторения вторичного пробоя обычно приводят к необратимым изменениям параметров транзистора в связи с большой локализацией выделяющейся мощности.
Необходимо отметить, что отсутствие дефектов в структуре транзистора не гарантирует от возниюшвения вторичного пробоя. Так, базовая область под р-и-переходом может быть не эквипотенциальна из-за прохождения базовых токов. При различных направлениях тока базы наблюдается увеличение плотности тока эмиттера либо по периферии эмнттерного перехода, либо в центре перехода.
Этот эффект может также создавать предпосылки для развития процессов шнурования тока. Вероятность вторичного пробоя возрастает с увеличением рабочего тока транзистора н напряжения на коллекторе, так как при этом неравномерность выделения мощности в транзисторе проявляется сильнее из-за большего перегрева и, следовательно, из-за большего влияния собственной электропроводности. 4 4.ь. стАтические хАРАктеРистики Системы статических характеристик Если обозначить напряжение и ток входного электрода транзистора через 0~ и !ь а напряжение и ток выходного — через (12 и 12, то взаимозависимость этих четырех величин можно выразить 218 4) А = 6((1ь 12), (12 = 222((1ь 12); 5) 1~ = 6(12 (12), и, =1,(1,, (1,); 6) 12 = /~(Уь 1~), (12 = Я(/ь А). Из четырех возможных семейств характеристик каждой системы, которые связывают между собой четыре величины: 1ь 12, 02 и 02, два семейства являются основными, а два — второстепенными.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
