Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 61
Текст из файла (страница 61)
Поэтому для лавинвых транзисторов характерно весьма высокое быстродействие. Время переключения из реп нма малых токов в режим больших токов н обратно ограничивается в основном переаарядом барьерной емкости перехода. С ростом тока производная дсс/Н„а вместе с цей и сопротивление г„уменьшаются, стремясь к нулю. Если бы функция сс(1,) была монотонной, то кривая (/„(1,) асямптотически приближалась бы к вертикали (/а, как показано на рис. 5-5, б.
В действительности асимптотический процесс не имеет места (рис. 5-5, и), так как при больших токах коэффициент гх уменыпается и производная йх/г(1, делается отрицательной. Соответственно сопротивление г„долткио изменить знак в некоторой точке в, вследствие чего на характеристике получится второй положительный участок (участок 4) е. Мы исследовали одну кривую с параметром Еа. Изменяя гара- метр, получимсемейство кривых, подобных той, которая изображена на рис. 5-5, в. Такое семейство характерно тем, что точка в смещается сравнителььо мало, тогда как точка а смещается в пределах от (/а до 1/м. Хотя лавинные транзисторы впервые описаны еше в 1955 г.
1851, их практическое применение за истекшие двадцать лет носит эпизодический характер, главным образом в области формирования наносекундных импульсов 1871 **. Основным препятствием для более широкого применения (особенно в интегральных схемах), по-видимому, является то,что огрицатнльный участок вольт-амперной характеристики получается только при сравнительно высоком коллекторпом напряжении ((/, ) (/р), равном обычно 10 — 15 В и более. В этом отношении они уступают тирнсгорам, описываемым в следукяцем разделе, лоти быстродействие тирнсторов существенно ниже.
)1вухэлектродные тиристоры назовем динисторами, а трехзлекгродиые — тринисторами ', динистор. Рассмотрим работу диода, состоящего из четырех чередующихся слоев р;и;р;и, (рис. 5-7, а). Если подать на него не очень большое напряжение П плэосом на слой рз и минусом иа слой из, то потечет ток, как показано стрелкой. В результате переходы П, и П, будут работать в прямом направлении, а переход П, — в обратном. Таким образом, получится как бы сочетание двух транзисторов в одном приборе (рис. 5-7, б)'. одним транзистором является комбинация слоев р;а;)э„другим — комбинация слоев а;р;пз. Слои р, и аз являются змиттерами, и, и рв — базами для одного транзистора и коллекторами для второго.
Во избежание путаницы их называют базами. Переход П называют коллекторным. + ф Ркс. б-т. Структура Лнннстора (о) и его Лвухтранэнсторный эквнвалент (6). Пока коллекторный переход работает в обратном направлении, практически все приложенное напряжение П падает на нем. Поэтому при больших значениях У следует учитывать ударную ионизацию в этом переходе. Примем для дырок и электронов один и тот же коэффипиеит умнов;енгия М (чтобы не усложнять выкладки) и обозначим через и, и а, и н т е г р в л ь н ы е коэффициенты передачи тока от переходов П, и П, к переходу Пз.
Тогда ток последнего можно записать в следующем виде: Твз = И (ахувх+ азуаз+ (зэ). (5-10) где Х„е — сумма теплового тока, тока термогенерации и тока утечки в переходе П,. 1!оскольку токи через все три перехода одинаковы и равны Внешнему току 7, легко находим: М)зо 1 — Ма (5-11) Вместо этих наэвапнй часто нспольэу~от те рмннм диод-гэирисгпор н т)эиоднн'рнсэлоо. Более подробные сведения о приборах подобного типа момво найти в 1 з11' Комбннапвн транэнсторов р-п-р н п-р-п, гокаэаннав на рнс. б-т, б, Лейсгвнтевьно обладает свойствамн дкннстора н з;онест бить нспольэована на практике, Здесь щ = ссг + из — суммарный коэффициент передачи тока от обоих эмиттеров к коллекторному переходу.
Следует заметить, что при изготовлении диинсгорз зз основу берется ялзсшвз типа Р. Через одну из ее поверхностей осуществляется двухкратная диффузия (снзчалз доноров, потом акцепторов), в результате которой образуются слои пг и Рз. Через другую поверхность осуществляется однократная диффузия доноров и образуется слой лз. Поснольку глубины диффузионных слоев не превышают 10 мкм„а толщина исходной пластины составляет 250 — 300 мкм, одна из баз (пь) оказывается тонкой, з другая (рр) — шалспюй. В тонкой базе, кзк н у трзгжистоов, выполняется условие и с Е и максимальное значение коэффициента аз см.
Рис, 5-6) близко к единице. В толстой базе действительно с«а«ношение ш > Е, н соответственно максимальное значение коэффициента аз сугцестаенно меныпе единицы (обычно О,! — 0,2). Тем не менее сумма м а к с и м в л ь в ы х значений из и аз превышает единицу, что необходимо для работы дннисторз н тнристаров вообще. Обычном,з 1,05 —: 1,15. Наличие толстой базы с ее малым коэффициентом переноса играет в целом положительную роль, так кзк в области малых тонов сУммарный коэффицггенгсс нарастает медленнее, з зго обеспечивает большие взнряжения переключения (см.
петит в конце данного раздела). Выражение (5-11) в неявном виде являетея вольт-амперной характеристикой динистора, так как параметр М в правой части зависит от напряжения '. Структура выражения (5-11) такая же, как в случае лавинного транзистора при 1з = О (см. (5-3)). Такое сходство вполне естественно, поскольку оба «составляющих транзистораз в динисторе (рис. 5-7, б) включены по схеме ОЭ с оборванной базой.
Вольт-амперпая кривая динистора вместе с его условным обозначением показана на рис. 5-8. Как видим, она подобна характеристике лавинного транзистора в схеме ОЭ (см. рис. 5-5). Однако существенным преимуществом динисторов является то, что рабочее напряженке в области б о л ь ш и х токов у них значительно меныпе и почти не зависит от тока.
Кроме того, динисторы работают без всякого предварительного смещения в цепи базы в отличие от лавннных транзисторов, у которых такое смещение необходимо (рис. 5-5, и). Критические точки характеристики ца рис. 5-8, в которых г = йГ//й1 = О, называгог соответственно точкой прямого переключения (ПП) и точкой обратною переключения (ОГ1). Происхождение отрицательного участка нз характеристике дкнистора обусловлено той же Причиной, что н в лавинном транзисторе, т. е, тем, что у абаях приборов нз этом участке задан постоянный ток базы (у динистора он равен нулю). ПоэтомУ должно выполнЯтьсЯ соотношение Ын == г/1„т.
е. д и ф ф е Р е н ц и . з л ь н ы й коэффициент и должен быть все время Равен единице. С ростам тока величина и стремится возрасти, но это возрастзняе предотврзщзется уменьшением напряжения на коллекторнам переходе„г. е. ослаблением ударной иоиизации. Такой же вывод следует из формул (5-3) и (5-11), в которых зиамензтель не может х Ток 1„« при том его определении, которое дано в формуле (5-!0), юже зависит ог напРяжения. Однако учет этан ззвиснмосги наряду с зависимостью /И(!/) сильно усложняет задачу.
В некоторых случаях (например, если переход П зашунтировзн небольшим, заранее известным сопротивлением). можно пренебречь фунигней м (1/) н считать зависимость ог напряжения сосредаго ~«ивой в функции 1„«(Ю). Общая методика анализа прн этом не меняется. бьп» огрипательным, и, следовательно, начинаи с некоторой рабочей гочки, увеличение и н г е г р а л ь и о г о козффипиента и долгкно сопровождатьсн уменьшеиимв коаффиниента М, т.
е. уменьшением коллектарнога напрнжениа. Несмотря на определенное сходство с лавинным транзистором, дипистор имеет принципиальную особенность. Эту особенность легко показать, если представить вольт-амперную характеристику в форме ()((), аналогичной форме (5-4) для лавинного транзистора.
Нцаставив выражение (2-55) в (5-11) и решив последнее относительно напряжения, получим: — сг~+ ~«а м )г (5-12) Сравнивая (5-4) и (5-12), приходим к следующему важному выводу. У лавинного транзистора, у которого а < 1 при любом токе, напряжелие (/, всегда имеет конечную величину. У динистора, лап 1н Пм Йг 6) а" а) Ркс.
Э-а. Вольт-ампернан характеристика динистора. а — ввчааьнма участок; б — полная кпнван у которого суммарный коэффициент а = ах + аа может превып|ать единицу, напрякгение () (точнее напряжение на коллекторном Переходе) делается равным нулю при некотором ко и е чн ом токе У. При еще большем токе формулы (5-11) и (5-12) становятся недействительными, так как коллекторный переход оказывается смещенным в и р я м о м направлении н механизм работы динистора качественно и з м е н я е те я, Рассмотримотдельныеучастки характеристики, показанной на рис. 5-8. Начальный участок 1 ларактерен очень малыми токами, при которых можно считать сс =О.
Сопротивление на этом участке весьма велико, поэтому заданной величиной всегда бывает напряжение, а ток можно найти по формуле (511). На переходном участке 2 рост напряжения замедляется, а сопротивление резко падает. Эти изменения являются следствием увеличения коэффициента а и могут быть легко оценены с помощью выражении (5-12).
В конце второго участка, в точке ПП, сопротивление обращается в нуль, а затем (при заданном токе) становится отрицательным. Координаты точки прямого переключения определяются условием Н//Н =О. Напряжение (/„к обычно близко к значению (/и и может лежать в широких пределах — от 25 — 50 до 1000 — 2000 В '.
Ток 1„„лежит в пределах от долей микроампера до нескольких миллиампер в зависимости от площади переходов. На отрицательном участке Л характеристика по-прежнему описывается формулой (5-!2), которую, однако, можно упростить, полагая а1~) 1вв Тогда и (/=П Т/Г:ы, где а увеличивается с ростом тока. Дифференцируя (5-13) по току, получаем сопротивление на этом участке: '-й г=— (5-14) „1 м — н!л. Отсюда видно, что величина сопротивления должна существенно меняться с изменениемтока.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
