Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 63
Текст из файла (страница 63)
с. Еб. нз величину 1кяб. С ростом тока 1„смешение будет уменьшатьси и при некотором токе 1, когда Еб — 1эйб — — О, эм~птерйый переход отопрется. После этого базовый ток будет иметь неизменную о т р и ц з те льну ю величину: — — (5-22) б )хб которую можно считать параметром соошетствуивцей хзрзкгерисгики. Если в формуле (5-20) положить от = — О, сг = аз н подстэвкть 1„= 1, можно получить напряжение отпирания эмнттерного переходя: убэп Рис. 5-12. Вольт-амперные хзрзктеригтнки тринисгорв при отрицательном токе базы. Из формулы (5-22) очевидно, что ток отпирания 1, будучи рзвен параметру 1б, воэрастзет вместе с модулем параметра.
Напряжение отпирания Ы также несколько увеличивается. г В этом отношении положительную роль играет наличие в структуре трп инсторв толстой базы (см. петит нз с. 276). Токобратногопереключения можно найти из уравнения (5-21), считая 1„= 1ею В случае малых отрицательных токов базы ток 1ош заметно больше тока 1,.
При больших токах ! 1, ! эта разница уменьшаегся. Отношение 1,„1! 1, ! можно назвать коэффиг(иенгиом усиления при иаслючении; согласно [88! он определяется значением сгх1(сс — 1) и в обычных трннисторах не превышает 5 — 10. Очевидно, что с точки зрения управляемости при запирании суммарный коэффициент передачи а не следует делать намного большим единицы '. Основная тенденция при разработке современных тиристоров состоит в повышении рабочих токов и напряжений с тем, чтобы полностью заменить соответствующие газоразрядные приборы (газо- троны, тиратроны, игнитроны и др.).
В настоящее время рабочие токи тринисторов доходят до 1000 — 5000 А, а рабочие напряжения— до 2 — 5 кВ. При прочих равных условиях тиристоры значительно превосходят газоразрядные приборы по коэффициенту полезного действия и сроку службы при меньших габаритах и массе.
Мощные тринисторы используются в качестве контакторов, коммутаторов тока, а также в преобразователях постоянного напряжения, инверторах и выпрямительных схемах с регулируемым выходным напряжением. Времена переключения у тринисторов значительно меньше, чем у тиратронов. Даже у мощных приборов с токами в сотни ампер время прямого переключения составляет около 1 мкс, а время обратного переключения не превышает 10 — 20 мкс.
Следует заметить, что наряду с конечной длительностью фронтов напряжения и тока имеют место з а де р ж к и фронтов по отношению к моменту подачи управляющего импульса. Кроме мощных тиристоров разработаны и маломощные высокочастотные варианты. В таких приборах время прямого переключения может составлять десятки, а время обратного переключения — сотни наносекунд. Столь высокое быстродействие обеспечивается малой толщиной слоев и наличием электрического поля в толстой базе. Маломогцные быстродействующие тиристоры используются в импульсных схемах, в .ом числе интегральных.
в-й. уйиууоляреые (пОлевьщ тРАизисуОРы Униполярными называют такие транзисторы, работа которых основана па использовании о с и о в н ы х носителей: только дырок или только электронов. С этой точки зрения обычные транзисторы, рассмотренные ранее, можно назвать биполярно«ми, так как в них важную роль играют оба типа носителей: ннжекция неосновных носителей одного знака сопровождается компенсашсей образуютцегося заряда основными носителями другого знака. Второй термин — «полевые транзисторы» характеризует механизм управления током. "с похющыо электрического поля (а не тока, как в биполярных транзисторах). В этом отношении уииполярные транзисторы имеют много об«щего с электронными лампами.
В английской литературе униполярные (полевые) транзисторы носят название ГЕТ (Не!д Е((ес1 Тгапз(з(огз). Уннполярные полевые транзисторы имеют две основные разновидности. Одна из них, предложенная в 1952 г. (941, основана на использовании поля в р-л переходе; такие транзисторы мы будем называть униспронали '. Вторая разновидность, предложенная в 1963 г. [951, основана на использовании поля в диэлектрике, расположенном между пластиной полупроводника и металлической пленкой; такие транзисторы со структурой «металл †диэлектри полупроводник» называются МдП транзисторами (по начальным буквам коьспонентов структуры).
Унитров. На рис. 5-13, а показана упрощенная структура Унитрона с типичной плоскопараллельной конструкцией. Как В отечественной литературе унитроны обычно называют «поаевыми транзисторами с р-и переходом затвораь что несколько длинно и неудобно.
видим, унитрон представляет собой пластинку полупроводника типа и', у которой на торцах имеются омические контакты, а на одной из граней — слой типа р. Последний образует с пластинкой р-и переход. Электрод, связанный со слоем р, называется затвором. Двумя другими электродами являются омические контактьь К ннм подключается источник питания. При этом тот контакт, от которого движутся основные носители (в нашем случае — электроны), называется нсиюком, а тот, к которому они движутся, — сгиокож. Следовательно, в унитроне типа и сток имеет положительную полярность относительно истока; р-и переход работает в обратном направлении, для этого'на затвор подается отрицательное смещение относительно истока, как показано нв рис.
5-13,б. ат8ор Рнс. 5ЛЗ. Конструкции унитрона (а) и схема его включения (б). Принцип действия унизронз очень прост и заилючвется в том, что при изменении потенциала затвори меняется ширина р-н перехода, в значит, и рабочее сечение пластины. В результзте меняются ее сопротивление и соответственно так в рабочей цепи. Поскольку и-н переход работает в обратном включении, его сопротивление для входного сигнала велико и входная мощность мала.
Полезная мощность, определяемзя значением питающего напряжения и соотношением сопротивлений пластины и нагрузки, может значительно превышать входную мощность. Таким образом, унитрон явлжтся усилительным прибором типа упрзвляе. мого активного сопротивления, причем он имеет много общего с злектронной лампой. Эго сходство выражается не золько в болыпом входном сопротивлении, по и в том, что при достаточном отрицательном смещении затвора расширившийся переход мажет перекрыть все сечение плзсгинки; зго вызовет а т с е ч к у тока в рабочей пепи — явление, аналогичное ззпирзнию лампы.
Перейдем к более детальному анализу. Назовем каналом рабочую (переменную) часть объема пластины, расположенную под р-и переходом и. Пренебрегая пока г<холостымиз участками пластины, прилегающими к истоку и стоку, можно представить структуру унитрона в еще более упрощенном виде (рис. б-14). Обозначим максимальную толщину канала через о, его ширину через я и длину через Е.
Пусть Ег, = О, тогда кзнзл будет эквнпотенциальным слоем и напряжение нз р-и переходе г Вариант типа р, не имея принципиальных отличий, уступает типу и по частотным свойствам, шумам и сгзбильнасти [961. з Ог термина екзиалз происходит второе название унитронз и его ваРиан тов: канальные глранлгетары. будет раино (), на прм яжении всего канала т. Соответственно в любой точке ширина перехода равна 1, а толщина капала го =а — 1. и'11 1 и ). (5-25) В рабочем режиме, когда (),~ ~0, канал не является з к в и п о т е н ц и а л ь н ы и сл о ем; и разных точках л по- 1 Рис. 5-14. Рабочая часть уиитро- Рис.
б-1б. Сечение канала при ненасыщенном режиме унитрона (а), на гринпис насьяиения (б) и при насыщенном режиме (в). генциал различен: он меняется от У„ = 0 около истока до с(„ = = +(/, около стока. Поэтому обратное напряжение на р-и переходе, равное (г', + (г'„, увеличивается в направлении от истока к стоку. Соответственно ширина перехода в этом направлении Растет, а канал сужаегся (рис. 5-15, а). В наиболее узком месте (около стока) суммарное напряжение яа переходе равно У, + (l,. С ростом У, суммарное напряжение я конце концов делается равным (/, и переход п о ч т и смыкается Р"с.
5-15, б). В отличие от слУчаЯ Уа = Пар зто, РазУмеетсЯ, не триводит к отсечке тока, так как само асмыканиея является следстэием увели ч е н и я тока. Вместо отсечки то к а происходит а~гни..г~рлч'в ве ° " г Подставляя сюда выражение (2-12) для ширины 1 и полагая ())чя = г)п = 1!рр„(см. (1-36б)1, получаем: го = а — )/ 2еаерр„(У,. Из условия го = 0 легко найти напряженгге отсечки: (г е= 2еаЧ~Ра (5-24) Например, при а = 2 мкм и р = 2 Ом.см для кремния получается (),е = 6,4 В.
Используя (5-24), запишем толщину канала в более компактной форме: Истов к Сток ф е р е н и и а л ь н о г о сопротивления канала. При этом на кривой 1, (У,), начиная с некоторой точки Н, получается почти горизонтальный участок (рис. 5-16, а). Такой режим можно назвать насыщеннььн, а напряжение У, „, при котором он наступает,— налряжениеа насьщенил. Эта величина получается из условия У, + О, = (1,~ и равна: (5-26) Напряжение О, „уменьшаегся с ростом У,. В режиме насйщення, когда У, ) Уе „потенциал «горловины» канала сохраняет значение У„, (в противном случае канал я»й »0 4 о о ГО те ГЕ Д о е е 4 а д а) оу Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
