Дьюб Динеш С. Электроника - схемы и анализ (2008) (1095413), страница 18
Текст из файла (страница 18)
4 — 2890 ~~~98 Глава о. Биполярный транзистор Диффузионная гпехнология При этой технологии для образования р- и и-областей используется диффузия при повышенной температуре донорных или акцепторных примесей в газообразном виде. Специальной маской выбираются области, которые должны подвергнуться диффузии. Температура исходной р-пластины повьппается и подвергается диффузии в гвэообраэной атмосфере, содержащей желательные примеси (фосфор, сурьму или мышьяк) и в ней образуются две области — одна для эмиттера, другая для коллектора.
Диффузионная технология более подробно будет рассмотрена в главе о технологии производства ИС. Следующий шаг — формирование проводящих электродов (обычно из алюминия) к трем областям транзистора. 3.13. Заключение Биполярные транзисторы могут иметь структуру как р-п-р, так и пр-п. В и-р-и-транзисторах перенос заряда от источника к стоку, т.е.
от эмиттера к коллектору, производится электронами, а в и-р-и-транзисторах— дырками. Подвижность электронов вьппе (у кремния дв Зря), в результате на высоких частотах характеристики и-р-п-транзисторов лучше, и они имеют преимущество перед р-п-р-транзисторами. Из трех областей транзистора наиболее сильно легирован эмиттер, слабее всех — база. Среднелегированный коллектор имеет большие, чем остальные области, размеры.
Таковы конструктивные особенности эффективного транзистора, который можно определить как транзистор с большим коэффициентом передачи тока и с малым обратным током. Обратный ток транзистора не является полезным током, его можно минимизировать подходящим выбором легирующих примесей, но невозможно уменьшить до нуля из-за природных особенностей самих полупроводников. Слабое легирование базы обуславливает большую длину диффузии проходящим неосновным носителям. Дальнейшее снижение скорости рекомбинации достигается уменьшением ширины базы.
Транзистор, в зависимости от того, куда подавать входной сигнал и откуда снимать выходной сигнал, можно включать по трем разным схемам, а именно — по схеме с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК). Так как схема с ОЭ имеет наилучшие характеристики — среднее и высокое входное сопротивление, большие коэффициенты передачи тока и напряжения — она применяется наиболее часто. Наиболее редко применяется схема с общей базой из-за очень низкого входного сопротивления. Схема с общим коллектором имеет наи- Я.Юй Э 99) болыпее из трех схем входное сопротивление и находит ограниченное применение.
В линейных схемах (таких, как усилитель), транзистор используется с прямосмещенным эмиттерным переходом и обратносмещенным коллекторным. При таком смещении эмиттерный ток, в основном, состоит из основных носителей, инжектированных из эмиттера в базу (доля основных носителей базы, инжектированных в эмиттер пренебрежимо мала). Базовый ток по величине на два-три порядка (100 — 1000 раз) меньше, чем ток эмиттера. Он образуется за счет рекомбинации, имеющей место в базовой области.
Почти 99 % зарядов, инжектированных из эмиттера в базу, достигают коллектора и создают коллекторный ток. В общем, три тока соотносятся как 1е = 1с + 13. А в большинстве расчетов из-за малости 1н можно принять 1с = 1п. Ток коллектора примерно равен току эмиттера. Этот результат упрощает анализ схем. Транзистор в логических схемах применяется как ключ, с двумя прямо- смещенными или обратносмещенными переходами, представляя логические состояния схемы ВКЛЮЧЕНО и ВЫКЛЮЧЕНО (ЕДИНИЦА и НОЛЬ).
Состояние ВКЛЮЧЕНΠ— проводящее состояние транзистора, на выходе низкое напряжение — близкое к нулю. Состояние ВЫКЛЮЧЕНО— непроводящее состояние, и на выходе транзистора — высокое напряжение (- Исс). Входная вольта-мперная характеристика транзистора более или менее подобна характеристике р-п-диода, за исключением незначительной зависимости тока эмиттера от напряжения коллекторного перехода. Выходные характеристики имеют три различных области: область насьпцения, активную область и область отсечки. Только в активной области существует почти линейная зависимость тока коллектора (выходного тока) от входного тока.
В линейных схемах (уснлитель) транзистор работает только в активной области. В спецификациях, предоставляемых производителем для каждого транзистора, содержатся безопасные пределы изменения входных токов и выходных напряжений. Для ограничения входного тока всегда используется Резистор. Чрезмерный ток может нанести необратимое повреждение транзистору из-за перегрева.
Ксллекторный переход может пробиться, если напряжение перехода "Ревышает максимально допустимое значение. Такой пробой транзистора ~~~!00 Глава з. Биполярный транзистор обычно обратим н транзистор возвращается к нормальной работе после того, как напряжение уменьшится до значения ниже допустимого. Дополнительная литература по теме 1 РачЫ К. Реггу апб допаФЬап Р. В1гг1, Е1есФгошс Ма$ена1в аш1 Реч1сев, Асаг1еш!с Ргезз. УЯА, 2001. (1пг!1ап Нерг1п$, 2004 Ьу Нее<1 Е!веч!ег 1пгйа 1Ы., Хе~ч Вейн). 2 ТЬеос1оге Р. Вобагв, Е!есвгошс Реч!сез апб С!гошев, Ушчегва! Воой Явай, Ыеж Ое!Ь1, 1988.
3 Яяе Я. М. РЬусйсв о1 Яеш1сопдпс1ог Печ1сез, %бреу, 1981. 4 М1йпгап аа На1Ь!ав С. С. 1п1ейга$ес! Е1ес$гоп!сз, Мсбгаи-НП1 1пФегпаг1опа! ЕЙИоп 1987. Вопросы 3.1. Транзистор с р-и-переходами — биполярный прибор. Обоснуйте это утверждение. 3.2. Какая разница между коэффициентами передачи о и р? 3.3. Чему равен коэффициент передачи ~3 относительно о? 3.4. Конструктивные особенности базы, наиболее критичные для эффективного транзистора. Перечислите их и обсудите. 3.5.
Напомните и обоснуйте относительные размеры эмиттера, базы и коллектора. 3.6. Напомните относительные уровни легирования областей эмиттера, базы и коллектора, какие причины этих особенностей? 3.7. Объясните происхождение базового тока транзистора. 3.8. Ток коллектора при прямом смещении эмиттерного перехода и обратном смещении коллекторного перехода состоит из двух компонентов. Что это за составляющие? 3.9. Возможные факторы помех в транзисторе.
3.10. Какие сочетания прямого и обратного смещения эмиттерного и коллекторного переходов применяются для усилительных переключающих схем? 3.11. Объясните эффект модуляции ширины базы. Как он действует на характеристики транзистора? 3.12. Что такое прокол базы? 3.13. Почему обратный ток транзистора — нежелательное явление для транзистора? э.«. ° >«ф 3,14.
Нарисуйте вольт-амперную характеристику прямосмещенного эмиттерного перехода при «ск = 0 и \си = — 10 В. Как объяснить изменение/смещение графика? 3,15, Как вы понимаете высказывание «транзистор работает в области насьпцениии? Где может найти применение такой режим? 3,16. Что происходит с транзистором в состоянии отсечки? В каких схемах подобные условия работы недопустимы? 3.17. Чему равно 1«нн кремниевого транзистора, работающего в усилительной схеме? 3.18. Температурная помеха в схеме с ОЭ намного выше, чем в схеме с ОБ.
Объясните. 3.19. Определите напряжение на выходе схемы с ОЭ при работе транзистора в области отсечки? Ответ«К „« = Ъся т ««сс. 3.20. Какое напряжение на выходе схемы с ОЭ при работе транзистора в области насьпцения? Ответ: Ъ«ы = Ъся = 0,2 В «е 0 В. Задачи 3.1. У транзистора в схеме с ОБ коэффициент передачи тока равен 0,995. Какой у него коэффициент передачи тока в схеме с ОЭ? Ответ: 6 200 (точяое значение 199).
3 2 В схеме на рис. 3.36 вычислите все три тока (1н, 1с, 1н). На сколько процентов отличается 1с от 1н? Принять, что у транзистора Ъня = 0,6 В, Р = 100. Ответ: 1в = 0,2 мА, 1с = 20,0 мА, 1в = 20,2 мА. Разница между 1л и 1с — 1 %. 3 3.
Найти напряжение Усп транзистора в схеме с общей базой, где кремниевый транзистор работает в активной области (рис. 3.37). Ответи: Ъсв = 3 В. +12«« 1с 0,6в- 22е 2801« цвв 1е Рис. 3.36 Рис. 3.38 Рис. 3.37 ~~~~02 Глава Я. Биполлрныб транзистор 3.4. Найти напряжения смещения эмиттерного и коллекторного переходов и указать, в какой области работает транзистор — отсечки, насьпцения нли активной (см. рис. 3.38). Ответв Увв = 0,7 В, Усл = 3,0 В, (транзистор в активной области).
3.5. Вычислить приближенное значение сопротивления базового резистора Нв, требуемого для прямого смещения эмиттерного перехода кремниевого транзистора с,9 = 200. Коллекторный переход смещен обратно урн = 2 В (рис. 3.39). Ответ." Вв = 660 кОм. +бУ УСЕ Рис. 3.40 Рис. 3.39 — 1ОУ +9У УСЕ Рис. 3.42 Рис.
3.41 3.6. Вычислить выходное напряжение 1в в схеме (рис. 3.40), когда вход переключится от 0 В до +5 В. Принять, что транзистор кремниевый, имеет 8 = 120. Ответ: У = Усл = 0,2 В = Услр,е. 3.7. Определить минимальный требуемый коэффициент передачи тока 6, чтобы при напряжении Ъ;„= +5 В транзистор вошел в область насьпцения (рис.
3.41). Принять Ъдн<ве,1 = 0,8 В, Ъск(веб = 0,2 В. Ответ: бвав 42. 3.8. Оценить минимальную величину сопротивления резистора Вс для схемы на рис. 3.42, чтобы ввести р-и-р-транзистор в область насьпцения. У транзистора Увщв 0 = — 0,8 В, Ъ~нбмб = — 0,2 В и коэффициент передачи тока 8 = 100. Ответа: Бс 2,33 кОм. ГЛАВА 4 ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ СХЕМ НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ Эта глава посвящена проектированию и анализу линейных схем, например, на биполярных транзисторах, маяосигнальных усилителях. Как было показано в гл. 3, выходная характеристика биполярного транзистора может быть разделена на три области — область отсечки, область насьпцения и активную область. Для обеспечения линейной работы транзистора в схеме усилителя необходимо иметь на переходах эмиттер — база и коллектор-база постоянные напряжения соответствующей полярности и величины, чтобы в присутствии сигнала переменного напряжения транзистор работал только в активной области.
В схеме усилителя, для выполнения функции усиления, переход эмиттер — база требуется сместить прямо, а коллекторный переход — — обратно. Схема с общим эмиттером (ОЭ) — наиболее широко применяемая схема. Поэтому большинство примеров проектирования рассматриваются на схеме с ОЭ, хотя приведенные методики применимы и к другим схемам. Общее правило для анализа любой схемы на постоянном токе — все фильтрующие и разделительные конденсаторы рассматриваются как обрыв цепи (потому что они оказывают постоянному току бесконечно большое сопротивление).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
