14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Сплавные диодыимеют значительное время восстановления. Точечные диоды, обладаямалыми емкостью перехода и зарядом переключения, имеют времявосстановления менее 0,1 мкс, однако у них небольшие величиныпрямого тока и допустимого обратного напряжения.Значительно большей скоростью переключения, большей величинойпрямого тока, стабильностью параметров и малым их разбросомотличаются меза-диоды. Эти диоды производятся методом диффузии.Эффективным типом импульсных диодов являются также диодыШоттки.а)Импульсные диоды широко используют в качестве коммутирующихэлементов, т.
е. устройств, имеющих два устойчивых состояния:"открыто", когда сопротивление прибора очень мало, и "закрыто", когдаего сопротивление велико. Время перехода диода из одного состояния вдругое должно быть минимальным,т. к. этим определяетсябыстродействие аппаратуры. Основными параметрами импульсныхдиодов являются: время установления прямого напряжения и времявосстановления обратного сопротивления.При использовании диода в качестве ключа, могут комбинироватьсяразличные диодные (рис.5.10) и диодно-транзисторные схемы,предназначенные для работы в цифровой аппаратуре.б)Рис.5.10.
Диодная схема (а) и временные диаграммы ее работы (б)9192Принцип действия приведенной схемы состоит в следующем. Еслихотя бы на один из входов поступает напряжение низкого уровня, топодключенный к этому входу диод открыт. Ток от источника питаниячерез ограничительный резистор и открытый диод протекает вовходную цепь. В результате напряжение на выходе данной схемыявляется низким (Uвых = k ). И только в том случае, когда на все входыпоступает напряжение высокого уровня, то диоды VD1, VD2 закрыты,ток в схеме отсутствует, а на выходе наблюдается напряжение высокогоуровня, повторяющее потенциал источника питания.Одну из крайних областей транзисторной структуры легируютсильнее; ее используют обычно в режиме инжекции и называютэмиттером.
Промежуточную область называют базой, а другуюкрайнюю область - коллектором. Основным назначением коллектораявляется экстракция носителей заряда из базовой области, поэтомуразмеры у него больше, чем у эмиттера. Электронно-дырочный переходмежду эмиттером и базой называют эмиттерным, а между коллектороми базой - коллекторным.5.2 Биполярные транзисторыБиполярный транзистор - это полупроводниковый прибор, состоящийиз трех областей с чередующимся типом электропроводности иимеющий два взаимодействующих p-n - перехода.
Биполярный - т. к.его работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков. Взависимости от чередования областей различают транзисторы двухтипов (рис.5.11).Транзистор может работать в различных режимах в зависимости отнапряжения на его переходах. Если на эмиттерном переходенапряжение прямое, а на коллекторном обратное, то наблюдаетсяактивный режим работы транзистора(ЭП , КП ).
Если наэмиттерном переходе напряжение обратное, а на коллекторе прямое, тотранзистор работает в инверсном активном режиме (ЭП , КП ). Приподаче прямого напряжения на оба перехода транзистор работает врежиме насыщения (ЭП , КП ). В том случае, когда на оба переходаподается запирающее напряжение, устанавливается режим отсечки(ЭП , КП ).Условия взаимодействия p-n – переходова)Условное графическое обозначениеДля того, чтобы в биполярном транзисторе наблюдалосьвзаимодействие эмиттерного и коллекторного p-n - переходов, должнывыполняться следующие условия.
Во-первых, условиеинжекции(ЭП ), во-вторых, условие экстракции (КП ), в третьих, ширинабазового слоя должна быть значительно меньше диффузионной длиныносителей заряда ( Б << L) и в четвертых, концентрация основныхносителей заряда в эмиттере должна быть гораздо больше концентрацииосновных носителей заряда в базе (nn >> pp). В результате возникаетконцепция тонкой базы (рис.5.12).б)Рис.5.11. Структура (а) и условное графическое обозначение (б)биполярных транзисторовРис.5.12. Концепция тонкой базы9394Принцип действия биполярных транзисторовРассмотрим принцип действия биполярного транзистора на примеребездрейфового VT (с однородно легированной базой), включенного посхеме с общей базой в активном режиме (рис.5.13).Рис.5.13.
Распределение потоков носителей заряда в транзистореЕсли на эмиттерном переходе Uпр, на коллекторном переходе Uобр, топроисходит инжекция носителей заряда (в основном электронов изэмиттера в базу). Через базу электроны диффундируют к коллекторномупереходу (с частичной рекомбинацией). Достигшие перехода электроныэкстрагируют в коллектор.Распределение токовЧерез эмиттерный переход транзистора, работающего в активномрежиме, происходит инжекция носителей заряда в базу.Инжектированные носители (ток Iэn) частично рекомбинирует в объемебазы и на его поверхности, а некоторые из них могут доходить доомического перехода с базой и рекомбинировать на нем (ток Iрек).Остальные инжектированные носители пересекают базу, доходят доколлекторного перехода и увеличивают его обратный ток.К току носителей заряда, инжектированных эмиттером и дошедших доколлектора (Iкn), добавляется обратный ток коллекторного перехода(Iкбо).Через эмиттер помимо тока носителей заряда, инжектируемых в базу(Iэn), проходит ток носителей, инжектируемых из базы в эмиттер (Iэp).
Вобласти эмиттера эти носители оказываются неосновными ирекомбинируют. Кроме того, через эмиттерный переход проходит ток,связанный с рекомбинацией носителей в области объемного заряда(Iрек).Ток, проходящий к выводу базы, представляет собой алгебраическуюсумму токов основных носителей, обуславливающих инжекциюносителей в эмиттер (Iэp), рекомбинацию в базе (Iрек) и обратного токаколлекторного перехода (Iкбо). Значение и направление тока базыопределяется соотношением этих составляющих.Если рассматривать распределение токов в транзисторе с точки зрениявзаимного влияния эмиттера и коллектора, то оказывается, что от токаэмиттера существенно зависит только составляющая Iкn токаколлектора, обусловленная инжектированными эмиттером в базуносителями, дошедшими до коллектора. Все остальные составляющиетока коллектора либо совсем не зависят от тока эмиттера, либо этазависимость слабая.Кроме того, на значение тока коллектора влияет не весь эмиттерныйток, а только его составляющая Iэn, связанная с инжекцией неосновныхносителей в базу.
Составляющие тока эмиттера, связанные с инжекциейиз базы в эмиттер (Iэp) и рекомбинацией в области объемного заряда(Iрек), хотя и зависят от напряжения на эмиттерном переходе, на токколлектора непосредственно не влияют.Таким образом:1.IЭ = Iэn + Iэp, где Iэn – полезная составляющая,Iэn >> Iэp (так как nn >> pp),Iэn = Iкn + Iрек.2. IК = Iкn + Iкбо.3.
IБ = Iэp + Iрек – Iкбо.9596Коэффициентом инжекции называется отношение следующего вида:IК =I эп .IэdefКоэффициентом переноса электронов в базе является следующееотношение:I кп def.I эnСоотношения между токами(IК+IБ) + Iкбо,IК = ( /(1 - )) IБ + (1/(1 - )) Iкбо,где / 1 - коэффициент передачи тока базы,1 / 1 1 I кэо - начальный сквозной ток.IК =IБ + Iкэо.Зависимость коэффициента передачи тока от тока эмиттераПо первому закону Кирхгофа IЭ = IК + IБ.Ток коллектора в активном режиме работы транзистора представляетсобой сумму двух составляющих:IК =.Как показывают экспериментальные данные, коэффициент передачитока зависит от величины тока эмиттера (рис. 5.14)IЭ + Iкбо.Коэффициент, расположенный около тока эмиттера, определяетсяследующим образом:defI кnIэи называется коэффициентом передачи тока эмиттера.
При нормальныхтоках может иметь значения от 0.9 до 0.999.Рис. 5.14. Зависимость коэффициентов передачи тока от тока эмиттераВыразим зависимость тока базы от тока эмиттера.IЭ - IБ =IЭ + Iкбо,IБ = (1- ) IЭ - Iкбо.Соотношение между током коллектора и током базы можно получитьследующим образом:В первой области этой зависимости (область малых токов)наблюдается рост . Основной причиной такого роста являетсяуменьшение влияния рекомбинации на поверхности базы.Во второй области рассматриваемой зависимости (область большихтоков) при увеличении Iэ наблюдается уменьшение . Причиной этогоявляется эффект модуляции сопротивления базы при больших уровняхинжекции.
Поскольку с ростом Iэ удельное сопротивление базыуменьшается(за счет инжекции в базу большого количества неосновныхносителей заряда).9798В области малых токов:IЭ - Iрек (рекомбинационные потери) В области больших токов:IЭ - Iэп,Iэр (уровень инжекции) ---..Особенность биполярных транзисторов - управляются током.Потенциальная диаграмма биполярных транзисторовРаботу транзистора можно наглядно представить с помощьюпотенциальной диаграммы, которая приведена на рис.5.15 длятранзистора типа n-p-n.Активный режим работы транзистора характеризуется тем, что из-заналичия обратного напряжения коллекторный переход перехватываетпрактически все носители заряда, подходящие к его границе. Врезультате носители в транзисторе движутся в небольшой области,которая по площади примерно равна эмиттерному переходу, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
