Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Так как некоторые параметры полупроводника изменяются с температурой, то и величина р' зависит от температуры. В зависимости от типа транзистора и материала при температуре около 100 'С значение )3 может удвоиться. Значение Унк, его зависимость от напряженья и температуры Как было показано на рис. 3.22, (вольт-змперные характеристики), напряжение на прямосмещенном эмиттерном переходе Ъвк имеет незначительную зависимость от напряжения коллектора иск. Эта зависимость обычно на практике игнорируется.
Считается, что при комнатной температуре Ъ"цк принимает следующие значения: 1 не (кремний) = 0~7 В~ 1 Ве (германий) = 0~3 В Температурная зависимость Ъ'нн, однако, значительна. На рис. 2.16 (стр. 54) показан сдвиг входной характеристики р-и-перехода при изменении температуры. График движется к меньшим значениям $'ни при повышении температуры. Этот сдвиг обусловлен с несколькими температурно-зависимыми параметрами полупроводника.
Экспериментально было установлено, что Рви снижается примерно на 0,2 В на каждые 10 градусов повышения температуры. 3. ! !. Эквивалентная схема транзистора по переменному току Транзисторы широко применяются в усилительных схемах. Свойства транзистора для переменных токов и напряжений отличаются от свойств транзисторов для постоянного тока и напряжения.
Причина этой разницы— емкости эмиттерного и коллекторного переходов. Вспомним, что емкость для постоянного тока выглядит как разрыв (бесконечное сопротивление), но на переменном токе емкость ведет себя по-другому. При увеличении частоты сигнала переменного тока реактивное сопротивление конденсатора падает и выше некоторой точки (назовем ее граничной частотой) емкость начинает влиять на работу транзистора. Кроме емкости перехода ~~~94 Глава Я. Биполярный транзисиьор существуют емкости и индуктивности выводов транзистора. На частотах до нескольких мегагерц реактивность выводов незначительно влияет на производительность усилителя, поэтому ею можно пренебречь.
Ранее было отмечено, что постоянный ток эмиттера 1е разделяется на ток базы 1в и большая его часть (равная с»1е) течет как ток коллектора 1с. Таким же образом переменный ток эмиттера г, разделяется на базовый ток ьь и ток коллектора 1,(гл с»гс). Низкочастотная модель (эквивас.' С» лентная схеме) транзистора пред~в ставлена на рис. 3.30.
Здесь С,' и Сс — е Е С являются емкостями эмиттерного и коллекторного переходов; г,',, гз и г» г' — сопротивления, оказываемые ~ь~ гь с переменному току областями эмиттера, базы и коллектора. Эту модель можно далее упростить. Кмко- ~! в Рис. 3.30. Эквивалентная схема транаи- сти, и С, имеют значение только стара для малого сигнала на высоких частотах, поэтому их можно не учитывать при работе на частотах ниже верхней граничной частоты.
(Мы будем рассматривать этот случай в разделе о частотной характеристике усилителей). Объемное сопротивление базы (рассмотренное в предыдущем разделе) тоже можно отбросить, так как протекающий через него ток очень слабый. Сопротивление г,', оказываемое обратносмещенным коллектором, составляет мегаомы, и его можно уверенно убрать из схемы на рис. 3.30. Учитывая эти приближения, идезль~е ная модель транзистора для переменного тока становится такой, как показано на рис.
3.31. Направления токов в схеме действительны для р-п-р-транзистора. Для и-р-и-транзистора направления тоРис 3 31 Идс~~ и~ода»а гранам ков обРатные, оДнако это не влиЯе стара для малого сигнала на хед раесулсдений. Для того чтобы эту модель можно было применять для анализа работы транзистора на малых сигналах, необходимо определить значение сопротивления эмиттера переменному току г,' (другое название — динамическое сопротивление эмиттера).
Вольт-амперная характеристика прямосмещенного эмиттерного перехода помогает понять, что такое г,' и дает способ его оценки. Постоянное напряжение на эмиттерном переходе фиксирует величину тока эмиттера, и, следовательно, его рабочую точку Я (рис.
3.32). Нало- ~е В» 1» жение малого переменного напряжения (напряжения сигнала) на эмиттер меняет напряжение Унн на величину Ь'гви, равную переменному напряжению ое„и соответственно изменяется 1н на Ь1н, которое равно еВ. Рвс. 3.32. Динамическое сопротивление эмвттера можно вычислить иэ Вольтамперной характериствкв прлмосмыцеввого эмвттервого перехода. г, '= Ь чвв(о1В УВЕ ЛУВе УЕВ Следовательно, динамическое сопротивление будет 1)Хин ге й 1 ~Усе сье !ге. ~эЕ Отметим, что г' зависит от наклона графика в рабочей точке. Значение г,' можно найти тем же способом, что и динамическое сопротивление р-и-диода.
Широко принятое приближение дает выражение: 25 мВ В Это очень полезное соотношение для оценки сопротивления эмиттера пе- ременному току. Пример 3.7. Оценить динамическое сопротивление эмиттера г,' транзистора в схеме на рис. 3.33. Принять Увн = 0,7 В.
Решение. Динамическое сопротивление эмиттера г', дано соотношением 25 мВ е где 1л — постоянный ток эмиттера в схеме. Если пренебречь малым базовым током, то падение напряжения на резисторе 3 кОм равно 3 В (рис. 3.34). 9В 1= =1мА. (6 кОм+ 3 кОм) Следовательно, Уэ „о„= 1 х 3 кОм = 1 мА х 3 кОм = 3 В. Суммирование напряжений в контуре база — змиттер дает — 3 В + 0,7 В + 1,5 кОм х 1в = 0 ~~~96 Глава Ю.
Биполярный транзистор нлн 1в = 2,3 В/1,5 ком = 1,53 В. Следовательно, 25 мВ 25 мВ 1З 1,53 мА к, = 16)3 Ом. 2 кОм +в в 6 ком 6 ком 3 ком 1,5 ком 3 ком Рнс. 3.34. Рнс. З.ЗЗ. 3.12. Производство транзисторов Исходный материал для производства транзисторов должен быть очень чистым () 99,999 %). Способы очистки полупроводника и выращивания кристалла будут подробно рассмотрены в главе, посвященной технологии производства ИС. Ниже рассмотрены способы изготовления транзисторов на кремниевых или германиевых тонких (толщина 1 мм или менее) пластинах высокой степени чистоты.
Выраи4ивание перехода или компенсационный метод Кристаллы выращиваются из расплава кремния или германия. В определенные интервалы времени в расплав вводятся донорные и акцепторные примеси. Выращенный таким образом (методом вытягивания) кристалл содержит несколько примыкающих друг к другу и- и р-областей.
Изменение проводимости полупроводника (и-полупроводника в р-тип или р-полупроводника в и-тип) добавлением соответствующих примесей известно как компенсационный метод. Например, начнем с расплава и-типа. Вырапщвается небольшая часть кристалла и-типа. В определенный рассчитанный момент времени в расплав добавляется определенное количество примеси р-типа (например, индия), и кристалл продолжает выращиваться. Через определенное время в расплав добавляется примесь р-типа (например, фосфор), и кристалл опять продолжают выращивать. з.о. пп -и.
- и ° р- ф Таким образом, на кристалле образуются области т2-р-и- или р-п-р, т. е. при выращивании получается транзистор. Этот способ один из самых первых. В настоящее время дискретные приборы изготавливают по другим, улучшенным технологиям. Но при изготовлении интегральных схем (ИС) в большинстве случаев превращение кремния из и-типа в р-тип и наоборот выполняются только компенсационным методом. Технолоеил с лавленил Представьте, что 92-)2-и-транзистор будет изготовлен по следующей технологии.
Берется слаболегированная кремниевая пластина р-типа. Несколько маленьких ( 1 мм) гранул донора (например, сурьмы) кладут на пластину с определенными промежутками (на рис. 3.35, а показана одна гранула). Полупроводниковая пластина с гранулами нагревается вьппе температуры плавлении сурьмы, но ниже температуры плавления кремния. Сурьма плавится, и полупроводник под ней растворяется (рис.
3.35, б). При охлаждении расплав рекристзллизируется и образует змиттер 92-типа. Коллектор образуется на другой стороне пластины аналогичным способом с использованием более крупных гранул (2 — 3 мм). После пластина рззрезается ультразвуком, в результате получается большое число транзисторов (рис. 3.35, в). Грвнулв элемента донора База а) Зми ектор и-тип 20-30 мм в) Рнс. 3.33. Производство и-р-и-трзнзнсторз по технологии сплзвлення.
Гранулз донорной примеси прн комнатной температуре (а); обрззовзнне прн повышенной температуре полупроводника о-тнпв сплзвленнем примеси с полупроводннком (б); обрззовзнне и-р-и-трзнзнсторз с омнческнмн контактами (в) Диаметр применяемых пластин обычно от 4 до 8 дюймов ( 10-20 см). Таким образом, из одной пластины производятся сотни транзисторов. Эта технология широко применяется при производстве дискретных приборов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
