Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Между Б~ и. Бх включен делитель межбазового напряжения Я, — 11х, средняя точка А которого подключается к точке соединения базы Т, и коллектора Тх. В схемах с использованием ОПТ нагрузка включается в цепь первой базы; через нее проходит ток эмиттера, который после перехода ОПТ в открытое состояние значительно превышает ток 7пт, также проходящий через нагрузку. Рис. К59. Конструкция и внешний вид ОПТ: и, б — сплавной кристалл; в — планарный кристалл; г — разрез конструкции; д, е — внешний вид К основным параметрам однопереходных транзисторов относятся ток включения 1, „ток выключения 7,„„., обратный ток эмиттера 1, г при (I„, = О, межбазовое сопротивление г„, напряжение эмиттер — база в режиме насыщения при заданном токе эмнттера.
Эти параметры зависят от межбазового напряжения, поэтому в справочниках их указывают для определенного напряжения (4~ах, чаще для предельного значения. К предельным эксплуатационным параметрам относятся максимально допустимые значения рассеиваемой мощности Р„,ы, межбазового напряжения (lеит среднего и импульсного токов эмиттера 1,„„,. По конструкции ОПТ бывают сплавные (рис.
1.59, а, б) и планарные (рис. 1.59, в). Планарная технология отличается от сплавной тем, что все области полупроводника и невыпрямляющие контакты с ними создаются на поверхности кристаллической пластины и изолируются тонкой пленкой окиси кремния. Планарные однопереходные транзисторы по сравнению со сплавными имеют меньший обратный ток эмиттера, меньший разброс параметров, большее межбазовое сопротивление, лучшие частотные свойства и меньшие геометрические размеры. Они широко применяются в быстродействующих импульсных интегральных микросхемах.
Кристалл ОПТ может быть помещен в герметический корпус, как биполярный или полевой транзистор (рис. !.59.г,д), или использэтваться в бескорпусном исполнении — с изоляцией от воздействия окружающей среды с помощью специального покрытия (рис. !.59, е) — для применения в гибридных микросхемах. Система обозначения однопереходных транзисторов такая же, как для биполярных. Например, КТ1!7А (Б, В, Г), КТ!!9А, Б. 1.
Объясните устройство и принцип действия однопереходного транзистора. 2. Нарисуйте и объясните эмиттерную вольт-амперную характеристику одно- переходного транзистора. 3. Назовите основные параметры однопереходных транзисторов. Раздел 2. ЭЛЕКТРОННЫЕ ЛАМПЫ глава хл. ЭЛЕКТРОННАЯ ЭМИССИЯ 2.1 1. Работа выхода электронов Электронной эмиссией называют процесс испускания электронов с поверхности вещества в вакуум. На этом явлении основан принцип действия электровакуумных приборов.
В атомах металла валеитиые электроны внешнего слоя электронной оболочки слабо связаны с ядром. При образовании кристаллов валентные электроны перестают принадлежать данному атому и становятся свободными, а атомный остаток превращается в положительный ион. Поэтому кристаллическая решетка металла образуется положительными ионами, а между узлами решетки, в которых эти ионы расположены; хаотически перемещаются свободные электроны — электроны проводимости.
Как было показано в главе !.1, этому соответствует диаграмма энергетических уровней металла, в которой разрешенные энергетические зоны перекрывают друг друга и между валентиой и свободной зонами нет запрещенной зоны. При движении внутри кристаллической решетки металла свободные электроны, являясь носителями заряда, взаимодействуют друг с другом и с положительными ионами, так что их скорость, направление движения и кинетическая энергия все время изменяются. Энергия электрона внутри металла не равна нулю даже при температуре абсолютного нуля.
С увеличением энергии возрастает число электронов, обладающих ею. Максимальная энергия электрона внутри металла при температуре абсолютного нуля называется уровнем Ферми )Тт, и является постоянной величиной для данного металла. Максимальной энергией Ж'; прн температуре абсолютного нуля обладает наиболыпее число электронов, и нет электронов с большей энергией, чем Ф;.
При повышении температуры происходит перераспределение энергии между электронами: часть электронов, имевших энергию Ф; и близкую к ней, получает дополнительную энергию, т. е. появляется некоторое число электронов с большей, чем )Рн энергией, но уменьшается число электронов с энергией, равной )Т'; и немного меньшей. а х Ю И Рис. 2Л. двойной электрический слой на поверхности ие- талла Во-вторых, на поверхности металла электрон испытывает силы притяжения к положительным ионам, направленные внутрь металла. Таким образом, для выхода на поверхность электрон, находящийся внутри металла, должен обладать максимальной энергией, затрачиваемой им на преодоление двойного электрического слоя иа границе металл — вакуум, а для отрыва от поверхности металла — получить извне дополнительную энергию Жо, идущую на преодоление сил притяжения к положительным ионам металла.
Дополнительная энергия, необходимая электрону, имеющему внутри металла максимальную энергию Ф';, для выхода в вакуум, называется работой выхода )Ро. Полная энергия электрона )Тт„ минимально необходимая для выхода его из металла, равна сумме максимальной внутренней энергии и работы выхода: Ва Ж + )РО. Если электрон обладал в металле меньшей, чем Ю;, энергией, то для выхода в вакуум ему должна быть извне сообщена энергия'большая, чем работа выхода, на величину энергии, недостающей до максимального значения )Рн Работу выхода принято выражать в электрон-вольтах (эВ). Величина работы выхода постоянна для каждого материала; например, для вольфрама 4,52 эВ, для тантала 4,2 эВ, для бария 2,52 эВ.
Покрытие поверхности металла некоторыми веществами уменьшает работу выхода. Например, полупроводниковый слой окиси бария с примесью чистого бария имеет работу выхода 1,1 зВ. Однако, несмотря на большую энергию электронов, их выходу из металла в вакуум при низких температурах препятствуют два фактора. Во-первых, электроны с максимальной энергией Ж; и скоростью, направленной перпендикулярно поверхности металла, вылетая из него, создают на поверхности слой, заряженный отрицательно, а оставшиеся в металле ионы, не уравновешенные электронами, создают у поверхности слой, заряженный положительно (рис.
2.1). 2.1.2. Виды электронной эмиссии В зависимости от способа сообщения электронам дополнительной энергии для совершения работы выхода различают несколько видов электронной эмиссии: термоэлектронная, фотоэлектронная, автоэлектронная, вторичная. Электрод, испускающий электроны, называют катодом. Термоэлектронная эмиссия происходит за счет тепловой энергии, сообщаемой электроду при нагреве. Эмиссия происходит при такой температуре, когда дополнительная энергия, передаваемая электронам проводимости, равна или больше работы выхода.
Электрод, испускающий электроны за счет нагрева„называют термокатодом. Поток электронов, испускаемых катодом в единицу времени, создает ток электронной эмиссии. Ток термоэлектронной эмиссии зависит от температуры нагрева катода. Термоэлектронная эмиссия используется в электронных лампах. Фотоэлектронная эмиссия происходит за счет световой энергии.
Она используется в фотоэлементах и фотоумножителях. Электрод, испускающий электроны под действием света, называют фотокатодом. Автоэлектронпая эмиссия происходит только под действием внешнего электрического поля. Вторичная электронная эмиссия обусловлена бомбардировкой поверхности вещества первичными электронами или ионами. Электроны, вылетающие при этом в вакуум, называют вторичными, а электрод, испускающий их, — динодом. Вторичная эмиссия под ударами электронов используется в фотоумножителях, а под ударами ионов — в газоразрядных приборах.
2.1.3. Термокатод Нагрев термокатода осуществляется электрическим током, поэтому температура катода зависит от напряжения или тока накала. В зависимости от материала, из которого изготовлен катод, различают два типа катодов: из чистых металлов, например вольфрамовый, и полупроводниковые (с полупроводниковым активным слоем значительной толщины), например оксидные. Наибольшее распространение в электронных лампах получили оксидные катоды. Оксидный катод состоит из вольфрамового или никелевого керна, на который нанесен слой из смеси окислов бария, стронция и кальция с вкраплением атомов металлического бария. Оксидный слой является полупроводником п-типа.
Он имеет очень малую работу выхода, низкую рабочую температуру (1000 — 1100 К) н дает большой ток эмиссии на каждый ватт мощности накала — до 60--100 мА/Вт. Для оксидного като- да важны высокая степень вакуума, чтобы оксидный слой не разрушался ионной бомбардировкой, и стабильный режим накала; перекал и недокал приводят по разным причинам к разрушению оксидного слоя и потере эмиссии катодом. По конструкции термокатоды делят на катоды прямого и косвенного накала. В катодах прямого' накала ток проходит непосредственно по нити, испускающей электроны. Такой катод обладает малой тепловой инерцией и, следовательно, малым временем разогрева (1 — 2 с), а также требует небольшой мощности на накал. Однако накал нельзя питать переменным током, так как при этом из-за малой тепловой инерции пульсирует температура катода, а значит, и ток эмиссии.
Катод прямого накала изготовляют в виде тонких проволочных нитей из тугоплавкого металла, например вольфрама, молибдена. В катодах косвенного накала поверхность, эмиттирующая электроны и являющаяся собственно катодом, изолирована от нити накала, называемой подогревателем. Конструкция катода косвенного накала представляет собой полый цилиндр из никеля, покрытый оксидным слоем, внутри которого вставлен подогреватель, покрытый изолирующим слоем. Катод косвенного накала имеет ббльшую массу, требует большую мощность на накал, поэтому он дает меньший ток эмиссии на ! Вт мощности накала, чем катод прямого накала, а время разогрева его больше— до 16 — 20 с. Преимущество этого катода — одинаковый потенциал во всех его точках и большая тепловая инерция, что позволяет питать накал переменным током.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
