А.С. Белокопытов, К.С. Ржевкин, А.А. Белов, А.С. Логгинов, Ю.И. Кузнецов, И.В. Иванов - Основы радиофизики (1119801), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Таким.же свойством обладает схема рис. 4.29, получившая наибольшее распространение на практике. Реальные значения т', С„' и Х' в этих схемах могут быть подсчитаны по формулам [1[: т'„= т„х.. С„' = С„/х. Х '= Х„х, В схеме с ОЭ (рис. 4.26) внешний источник контролирует ток основных носителей (электронов), который является током рекомбинации, При отключенной базе (Хь = 0), так же как в схеме с ОБ (рис. 4.24, а), из коллекторного перехода в базу втекает электронный ток Х„„, т. е. при 1, = 0 током базы фактически является Е,„. В этом случае компенсация отрицательного заряда возможна только за счет "затягивания" дырок из эмнттера в количестве, пропорциональном соотношению между токами (рис.
4.28). 1,/Х, = = (1 — а,) '. В рассматриваемом случае Х„ Рис. 4.28. Эквивалентая схема БТ с общей базой 4.6. Биполя ный т анзнстор где О х= (в Вэо=В.+ти, Ва=Л.+ге 1+ Вэо/Ве Статические характеристики в схеме с ОЭ во многом похожи на ВАХ для схемы с ОБ (рис. 4.25), однако обладают рядом особенностей. Как следует из (4.20), ток базы пропорционален току эмиттера и смещен относительно начала координат на величину 1„„. Поскольку напряжение между эмиттером и базой в любой схеме включения остается неизменным (у,г, — — сгм), то различие между семейством входных характеристик в схемах с ОБ и ОЭ сводится к уменьшению масштаба по оси 1, на рис.
4.25,а в — )30 раз (рис. 4.30). Семейство выходных ВАХ изображено на рис. 4.31. Принци- Р"' 4 29. пиальные отличия этого семейства от выходных ВАХ в схеме с распространенная схема включения биполяр- ОБ (рис. 4.25, б) сводятся к следующему. Суммарное напряжение на переходах равно внешнему напряжению между эмитгером и коллектором; У = У„+ У,. При У„= О, 1, = 1, = 1„„=- 0 и все ВАХ на рис. 4.31 выходят из начала координат, не пересекая ось 1„. Область напряжений, ле1кащая левее прямой ОА, соответствует режиму насыщения. В этой области напряжение на коллекторном переходе становится положительным. Такой режим возникает, когда напряжение на коллекторе оказывается меньше, чем на базе.
Задавая в базу постоянный ток, мы фактически фиксируем напряжение на эмитгерном переходе У, ("-" на базе, "+" на эмиттере). Если У, > У„„то разность потенциалов на коллекторном переходе становится положительной, и транзистор оказывается в режиме насыщения. Рис. 4.30. Семейство входных (базовых) Рис. 4.31. Семейство выходных (каллек- ВАХ в схеме с обшим змиттером торных) ВАХ в схеме с обшим эмиттером В активном режиме, когда У > У„ВАХ представляет собой семейство прямых, наклон которых соответствует дифференциальной проводимости коллектора с„' = (г„') '.
С ростом тока базы характеристики сближаются за счет уменьшения коэффициента передачи а„вызванного зависимостью а,(1,). Когда 1е < О, транзистор находится в режиме отсечки и не управляется током базы. Дрейфовый транзистор Дрейфовый транзистор является усовершенствованным биполярным транзистором, в котором за счет специальной технологии создана очень тонкая база (1 < 10 "см) с Глава 4. Нелинейные активные и пассивные элементы 88 неоднородным распределением примеси. За счет этого можно значительно расширить предел применимости биполярных транзисторов по частоте.
Для р — п-р-структуры, представленной на рис. 4.32, концентрация доноров Жь(х) в базе монотонно спада- М, + ет от значения й(, у эмиттера до Ф„у коллектора. За счет искусственного градиента концентрации электро- э + К ны в базовой области стремятся сместиться вправо отдьду + носительно положительно заряженных ионов доноров.
+ м, Это смещение вызывает появление электрического поля Е (направленного от эмиттера к коллектору), которос является тормозящим для электронов и ускоряющим для дырок. Поэтому дырки, инжектированные из эмиттера, перемещаются к коллектору не столько за Рнс' 4'32' Распведеленне лоноР- счет диффузии, сколько за счет дрейфа. В Результа- поля ного анзнсто а ( — и — ) те скорость движения дырок в дрейфовом транзисторе возрастает, а время пролета уменьшается.
За счет более совершенной конструкции и технологии (диффузия примесей„эпитаксиальное наращивание слоев и т. п.), а также эффекта встроенного поля, предельную частоту усиления по току в дрейфовых транзи- сторах удается поднять до ° 10" Гц. К недостаткам биполярных транзисторов следует отнести их низкое входное сопро- тивление и ограниченные частотные возможности, связанные с биполярной проводи- мостью. Гибридные параметры биполярных транзисторов В технической, справочной и учебной литературе биполярные транзисторы представляют в виде четырехполюсника, характеризуемого системой гибридных Ь-параметров, которые определяются для малых приращений токов и напряжений из следующих уравнений; и, = Ь! А + Ьав» ьо = Ь»ь~ + Ьиио 2 — 4 Ь~~ ь = оь(1 — ао) + о', = В»»ь ~~ 1О Ом, Ь»оь — ~~ 1О 2т (3о 1 Ь»ь=ао<~!» Ьп=дь= — <<10 Ом '; к для схемы с ОЭ (ьн» = + гь = Я,е <!Оо Ом, ! — а Ьц» = 1О г» -о 2г,.Д 1 Ь„, = д,".
= — < 1О ьОм 1. Ь»,= =Д> !О ао Таким образом. дифференциальная проводимость коллектора однозначно связана с параметром Ь . о. и Д вЂ” с параметроч Л, а объемное сопротивление базы может быть где индексом 1 обозначены входные сигналы, а индексом 2 выходные. Величина Ь„соответствует входному сопротивлению при коротком замыкании на выходе, Ь„соответствует обратной связи по напряжению при задании тока на входе (холостой ход), Ь» — коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе и ܄— выходная проводимость при задании тока на входе.
Очевидно, что Ь-параметры будут принимать различные значения в зависимости от схемы включения. Связь Ь-параметров с физическими параметрами транзистора г„гь, г„, г„*, а, сводится к следующим соотношениям: для схемы с ОБ 4.7. Полевые транзисто ы 89 подсчитано по одной из следующих формул: гб ~"ц ( гпа гэ) нли гб = Ь!1з Ьнэгэ 4.7. Полевые транзисторы Полевой транзистор (ПТ) представляет собой проводящий канал из полупроводникового материала и- или р-типа, сопротивление которого изл~еняется под воздействием напряжения, приложенного к управляющему электроду — заглаору.
На рис. 4.33 показана конструкция такого транзистора с проводящим каналом п-типа. Два антизапорных и+ — и-контакта обеспечивают монополярную проводимость вдоль канала. Левый контакт инжектирует электроны и называется истоком, а правый является стоком для электронов, Управляющий электрод — затвор — располагается между истоком н стоком. В общем случае сопротивление проводящего канала может быть изменено за счет четырех параметров: подвижности электронов (дырок) р„()г ), концентрации электронов (дырок) а (р), плошади проводящего канала А„и длины канала г в соответствии с формулой (4.25) Вь дГзпоА„ Рис. 4.33. Конструкция реального канального транзистора с проводящим каналом и-типа В настоящее время на практике нашли широкое применение два типа ПТ: с переменным сечением проводящего канала (А„) и с изменяемой концентрацией подвижных носителей в канале.
Первый тип получил наименование канального транзистора, а второй— МДП или МОП транзистора (металл — диэлектрик — полупроводник или металл-окисел— полупроводник). Канальный транзистор Как показано на рис. 4.33, затвор канального транзистора (КТ) представляет собой область сильно легированного полупроводника р -типа. р+-а-переход смещен в обратном направлении и. следовательно. при увеличении напряжения обедненный слой' пол затвором распространяется в сторону слаболсгированного а-канала (4АЗ) н. таким Глава 4.
Нелинейные активные и пассивные элементы образом, уменьшает его эффективное сечение (см. пунктир на рнс. 4.33). В результате сопротивление канала увеличивается, а ток во внешней цепи уменьшается. Для КТ с р-каналом все рассуждения остаются в силе, изменяется только полярность источни- кое У иУ,. Принципиальным отличием канального полевого транзистора от биполярного является монополярная проводимость в канале и большое входное сопротивление, равное сопротивлению р — п-перехода„смещенного в обратном направлении ( 10' оь 10' Ом).
Реальный КТ изготавливают из кремния (Я) по планарной технологии: на проводящую подложку с дырочной проводимостью эпитаксиальным методом осаждают тонкий слой электронного кремния с концентрацией п, (канал). Затем методом диффузии изготовляют два изотипных (невыпрямляющих) контакта п' для истока и стока и один аннзотипный с дырочной проводимостью р' для затвора. Промежутки между всеми контактами покрывают изолирующей пленкой двуокиси кремния (ЯО,).
Области затвора и подложки имеют разную геометрию и могут быть легированы неодинаково. Если затвор легирован сильнее подложки, то область обеднения распространяется в канал в основном со стороны затвора и весьма незначительно со стороны подложки (см, пунктир на рис. 4.33). Этому также способствует "нулевой" потенциал на подложке (подложка обычно соединена с истоком).
Поэтому обратное смешение на р — п-переходе "подложка — канал" осуществляется только за счет падения напряжения вдоль проводящего канала при У ~ О. Приближенное выражение для ВАХ КТ сводится к следующему [Ц: 2 (7Но ((/ + (7 )по~1 (4.26) где (4.27) достигает максимума В'Со(о. Ук 1 Уз 2 б'з (4.30) и палее начинает убывать. В реальных приборах ток стока достигает насыщения, равного 1 „, и далее остается практически постоянным вплоть ло напряжения пробоя. Сех1ейство ВАХ реального КТ показано на рыс. 4.34.
Фнзычсскос обьяснение отличия поведения ВАХ реального прибора от расчета по ' (4.26) связано с изменением механизма проводимости каыала прн У„< У„,. ги„с„ б = — = — ""У о— Во к — проводимость канала при У, = У = 0; епоЛо У =— (4. 28) С„ — пороговое напряжение на затворе (У = 0), при котором канал полностью перекрывается, т. е.
А. -+ Л,; С, = 2е/Ло — удельная емкость полностью обедненного (перекрытого) канала, отнесенная к плошади затвора А, = Ж, при У„= 0 и У, = У„. Например, для Я при и, = 10" см ', (о„= 10' см'/В с и В/1 = 200 получим У„= 5 В, К, = 250 Ом, С„= 10 ' Ф/см . При плошади А, = 2 10 ' си' полная емкость затворво С„В(= 2 пФ. Зависимость (4.26) представляет собой семейство ВАХ канального транзистора. Из . (4.26) следует, что ток стока при напряжении стока, равном У„„= ӄ— У„ (4.29) 4.7.
Полевые трвнзисто ы 91 С ростом напряжения на затворе уменьше- г,мл ат' ! ние сечения проводящего канала происходит при и = и, = сопа1 только до тех пор, пока ши- 8 " ! " из=О -из рина проводяшего канала не станет соизмерима с дебаевским радиусом экранирования Ьл —— 1 = (2акТ/9дИа)ьо 10 '+ 10 6 см, хаРакгеРизУ б -О 5В юшим крутизну фронта обеднения. После этого 1 концентрация начинает убывать по экспоненци- 4 -1В альному закону и проводяший канал вблизи сто- 5В -15В ! ка перекрывается (и — 0). При этих условиях 2 соотношение (4.26) перестает выполняться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
