Степаненко И. Основы теории транзисторов и транзисторных схем (1977) (1086783), страница 64
Текст из файла (страница 64)
6-16 Семейства вы»анны» 1а) н неренаточных (6) яарантернстнн уннтрона. должен бьи бы еще болыпе сужаться, что невозможно), но «горловина» сдвигается относительно стока (рис. 5-15, в). Разность потенциалов У, — У, „падает на участке между стоком и «горловиной», а протяженность этого участка определяется формулой (2-12), если положить (l = (/е — 0, „. Таким образом, в режиме насьпцения происходит модуляция длины канала по аналогии с эффектом Эрлн в биполярных транзисторах (см. э" 4-2). При расчете характеристик унитрона следует учесть, что сопротивление канала меняется вдоль оси х, поскольку меняется толщина ео. Фувкпню »и (х) получаем, заменяя У, на У, + О, в формуле (5-25). Тогда падение напряжения на элементарном участке е(х составляет: Ток 1, остается неизменным в любом сечении. Поэтому, разделяя переменные и интегрируя обе части соответственно в пределах от 0 до О, и от О до Е, можно представить искомую функцию 7, ((/,) в следующем виде: Здесь через )7„о обозначено м и н и м а л ь н о е дифференциальное сопротивление канала (т.
е. дУ,/дР, при У, = 0 н (7, = О): ттоо= рй (5-28) Если А = 20 мкм; а = 2 мкм; Х = 1 мм и р = 2 Ом.см, то й„„=200 Ом. Семейства характеристик 7, (У,) к 7, ((7,) показаны на рис. 5-16. Ток насыщения получается подстановкой (7, „из (5-26) в (5-27): ю ~з (7" (7'(1 )г' и,11' Поскольку участок насьпцения является основным рабочим участком, определим крутизну 5 игиенно в этой области. дифференцируя (5-29) по (7„ получаем з: 5 = — — '" = — () — ~/ '— ).
(5-30) ))л )7„„= 200 Ом и и, = 0,5 и находим: 5 = 1,5 А(В. Лифференциальпое сопротивление г, в области насыщения согласно (5-29) равно бесконечности. Практически оно может составлять несколько мсгаом Конечная величина г, обусловлена модуляцией длины канала (см. выше): с ростом (7, длина 7. уменьшается, уменынастся сопротивлением )7„о (см. (5-28)) и ток г, согласно (5-29) несколько возрастает. В ненасыщенном режиме величины г, и 5 легко найти из (5-27). Переходя к оценке быстродействия унитронз, напомним, что его работа не связана с инжекцней неосновных носителей и распространением их до коллектора.
Инерционность уиятроиа обусловлена зарядом барьерной емкости перехода. Оценим влияние этого фактора. Емкость перехода заряжается через сопротивление канала. При этом разные участки емкости заряжаготся через разные сопротивления в зависимости от расстояния данного участка от истока (рис. 5-17). Чтобы не усложнять анализа, ппимем, что канал имеет р Й .то от Знак минус в определении крутизны обусловлен тем, что под Уо пониизетси в бс о л ют н в и величина (см.
сноску нз с. 285). Заметим, что крутизна при нулевом напряжении нз затворе равна максимальной проводимости канала: Зо= (Ико. Такое предположение оправдано тем, что распределение потенпивлв И„ "лиане близко к линейному. Соответственно толноинз канала оо (х) согласно ( 25) и рис. 5Л5 мениетсн слабо, зв исключением области, прилежащей к стоку. С,= — ов( о О,брг- Хи (5-316) Постоянная времени затвора будет равна произведении этих параметров: т,= гг С, = — гоеР-. (5-32а) о — к о — „ (и „) ° Постоянная времени т, зависит от толщины гп, которая согласно (5-.25) является функцией напряжения (7,.
Минимальное значение т, получается при условии гп = .т~ Эалгбор = а/2, т. е. при ()о = (l /4: т, „„„= 2еоер —,. (5-326) Х л Л Для ранее использованных значений р, Ь и а получаем Рис. 8-17. Процесс заряда емхости затвора в унитропе. то „,= 5ис В ззключение заметим, что в режиме насьпдения вольт-амперная характеристика (5-29) хорошо аппроксимируется более простой квадратичной характеристикой (97): г 1 (()оо ~~о) )7 ко ог7оо (5-33з) Дифференцируя (5-33з), получаем выражение для крутизны: (5-336) Разновидности унитронов.
Плоскостные унитроны сами по себе имеют несяольхо нонструитнвво-технологичесних вариантов (например, слой затвора можно получать путем вплавления, диффузии нли зпитзксии). Однако известны и унитроны не плоскостного типа. К ним относятся гпоянотроя и алкаглрон. Т е и и е т р о и х характерен цилиндрической конструкцией (рис. 8-18) с вытена~ощими отсюда коли юствениыми особенностями. Такая нонструнцня униполярного транзистора была предложена в !988 г. Анализ теннегрона выполняется в той же последовательности, что и анализ уннтрона. Если обозначить через о максимальный диаметр канала, то в резуль. тате анализа получаются следующяе основные выражения (см.
[98), а также 2-е изд. данной ннигн). х Термин «тевнетрон» происходит от первых двух букв фамилии автора (С. Тезнера] н чегырех букв (С(чЕТ) сокращенного названия фирмы, в которой была проведена разработав. рехода н среднее сопротивление канала будут иметь следующие значения: (5-31 а) Вольт.ампериая (стоковая) характернстнка имеет вндг 1 , ифи — и,) — Е,~ ) —— (5-34) с — )1 и Подставляя сюда напряжение насыщения из (5.26), получаем: 1 (Ег,н — Ун)з Л 2и Крутизна характеристик на рабочем участке 5 си 1 з ВЕ'э Днз В приведенных выраженнях минимальное сопротнвленне канала и р '~на= йаз14 (5-3У) Кана (о-олой~ ЗатВор р-слой ерзнод Рис. 5-18.
Упрощенная конструкции текнетрона. Это есть сопротивление цилиндра с диаметром а к высотой Е. Напряжение отсечки выражается следующим образом: аз и 16азеррн В текнетроне в отличие от унитрона напряжение затвора (Гз меняет сечение канала «со всех стороне.
Отсюда следует, чго сечение канала прн насыщения стягивается не в линию, как у уннтрона, а в точку, и следовательно, рассеяние выделяемой мощности более ограниченное. Знзченяя емкости затвора н среднего сопротивления канала в оптнмальном случае оказывмотся равными: С, = — пгоеЕ1 8 3 2 )та )тко 3 (5-39а) (5 396) а мнннмальная постоянная времени затвора с учетом (5-31) имеет внд: — 64 аззрЕз (5-40) А л к а т р о н характерен кольцевой структурой.
Представим себе, что :1 ннгрон (см. рнс. 5-13, а) вращается вокруг осн д, проходящей через с т о к. огда последний превратится в диск, расположенный в центре конструкции, а 'затвор и исток превратятся в концентрические кольца, окружающие сток. Такой кольцевой вариант униполярного транзистора (рнс. 5-19), предложенный в 1960 г., назван алкатроном [99). Помимо кольцвюй структуры особенностью алкатрона является налнчне четвертого злектрода — лрзоиргиилора, который существенно улучшает многие параметры прибора.
Главным достоинством алкатрона по сравнению с текнетроном нвляется значительно большая рассеиваемая мощность. Зта объясняется тем, что з режиме насыщения сечение напала вблизи стока стягивается ие в точку„а в линию — окружность довоаьно болыпой длины. Кроме того, в алкатроне улучшены условия теплоотвода технологическим обеспечением массивного прсстриктора. Однако основное назначение престриктора — не теплоотвод, а предварительное сужение (престрикцпи) канала. Для зтого на престрнктор, являющийся р-слоем, задается постоянное отрицательное смешение и канал сужается за счет соотвстсшуюшего Сток расширения нижнего р-л перехода. Таким образом, добавление прссгриктора позволяет избежать трудностей, связанных с полученяем очень тонкого канала.
Юрестрилтзд Рис. 5-)9. Упрощенная конст- рукции алиатрона. Ркс. 5-20. Процесс варила емкости затвора в алкатроие. рй Р «О 2 Е ° (5-4!) Здесь величина а отсчитывается от границы престрикторного перехода, и, следователыю, являезся функцией напрнжеоия Еош Крутизна алкатрона выражаетси формулой (5-30). В отнгапении бысгродейсгаич можно заметить следующее.
В алкатроне емкость затвора заряжается пе только через продольное сопротивление канала, как в уиитроне, ио и по второй цепи, состонщей нз емиости прсстриктора н и о п ер е ч н о г о сопротивления канала (рис. 5-3)). В реальных случаях емкость престриитора больше емкости затвора, а поперечное сопротивление канала меньше продольного. Тогда при прочих равных условиях постоянная времени затвора оказывается у алкатрона меньше, чем у двух других типов полевых транзисторов (см. 2-е изд.
данной книги), Особенности реальных приборов. До сих пор мы рассматривалп только процессы в канале, пренебрегая сопротивлениями участков исток — канал )г„ и канал — сток Й,, Между тем этн сопротивления могут иметь значительную величину (до 100 Ом и более) и оказывают влияние на параметры приборов. Такое влияние проше всего оценить, присоединяя )(„и гг', к идеальному транзистору в качестве в н е ш н и х элементов (рис. 8-21). Как видим, гг„ играет роль сопротивления обратной связи подобно сопротивлению )т„в ламповом каскаде ((82), 9 8-8).
Поэтому по аналогии с известным в лзмповой технике соотношением можно Анализ алкатрона практически совпадает с анализом унитрона, так как длина канала Е много меньше радиуса затвора В, и потому специфика кольцевой струнтуры проявляется слабо. Из формулы (5-25), заменяя величину 2 на 2пв, пвлучаемг записать для реальной крутизны транзистора: 3» )+3*я„ (5-42) где 5е — крутизна, определенная без учета г«'„ (см. (5-30) и др.).
Постоянная времени затвора тоже изменится, так как, во-первых, заряд емкости перехода будет происходить через суммарное сопротквленне гг'„ + («„ н, во-вторых, во входной цепи действует обратная связь. Йачальная скорость заряда уменьшится в отяошенин К„««(гг'„+ гт',), а установившееся значе- »с ние («', — в отношении Я/яе. Отсюда следует: е )+)г «тк тз — т» (5-43) где тз — постояяная времени, определенная в предыдущих разделах (см. (5-32) н др.). Очевидно, что сопротивление истока следует по возможности уменьшать. Рис. б-2Ь Эквивалент- Что касается сопротивления й'„то опо """ схема у««««поляроказывает некотоРое влЯЯпне только на кРУ- уче сопроти ений тнзнУ; однако в области насыщениЯ это влЯЯ- истока «Р«стока. ние несущественно.
Тем не менее сопротивление стока тоже стараются уменьшить, чтобы снизить рассеяние мощности в приборе н падение напряжения в нем. Ток через затвор считается обычно равным тепловому току через запертый переход. На самом деле прн работе в режиме насыщения ((«', ) («', „) ток затвора может иметь более сложную структуру. Действительно, в «горловине» канала вблизи стока злектрическое поле не является плоскопараллельным. Здесь звектроны, а также дырки (которые всегда есть в л-каиале) движутся по криволпнейньп«траекториям; пучок дырок расщиряется в направлении от стока к истоку. Следовательно, дырки имеют составлнющне скорости, перпендикулярные оси канала, и частично проходят в область Р-л перехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
