Файл: Научная работа включает 33 страниц, 18 иллюстраций и 3 использованных литературных источников.doc

Транзистор является управляемым элементом цепи. Если на входе транзистора нет управляющего сигнала , то является пассивным элементом. Если к входу транзистора приложено переменное напряжение ,то транзистор приобретает свойства активного элемента и отдаёт мощность нагрузке. В усилительном режиме на входе транзистора действует переменное напряжение, поэтому он является активным четырёхполюсником.

Если переменные напряжения на переходах транзистора достаточно малы, токи в нём оказываются линейными функциями этих напряжений. Транзистор можно рассматривать как линейный четырёхполюсник.

Переменные величины i1, u1, i2, u2, характеризующие электрические свойства транзистора, взаимно связаны. Если любые две из них заданы, то оставшиеся определяются однозначно по параметрам транзистора. За независимые переменные можно принять две любые из этих величин, а две другие - представить в виде функции независимях переменных.

Параметры холостого хода транзистора (z-параметры)

Параметры короткого замыкания (y-параметры)

Смешанная система параметров (h-параметры)

Параметры холостого хода (z-параметры)

Вводя новые обозначения для частных производных, имеющих размерность сопротивлений, и заменяя дифференциалы токов и напряжений комплексными амплитудами малых переменных сигналов( U и I ), получаем:

U1 = Z11 I1 + Z12 I2; (1)

U2 = Z21 I1 + Z22 I2, (2)

где Z11, Z12, Z21, Z22 - характеристические сопротивления транзистора.

Характеристические сопротивления называют параметрами холостого хода, так как они определяются при условии холостого хода входа или выхода по переменному току т.е при равенстве нулю однго из токов в уравнениях (1) и (2).

Входное сопротивление транзистора при холостом ходе на выходе:

Z11 = U1/I1, при I2 = 0

Сопротивление обратной связи (обратной передачи) при холостом ходе на выходе:

Z12 = U1/I2, при I1 = 0

Сопротивление прямой передачи (сопротивление усиления) при холостом ходе на выходе:

Z21 = U2/I1, при I2 = 0

Выходное сопротивление транзистора при холостом ходе на входе:

Z22 = U2/I2, при I1 = 0

Зависимость z-параметров от режима работы легко выражается аналитически. Недостатком является трудность измерения параметра Z11, т.е осуществления режима холостого хода по переменному току на

Параметры короткого замыкания (y-параметры)

Зависимость токов от напряжения можно записать так (I1, U1, I2, U2-комплексные амплитуды малых переменных сигналов):

I1 = Y11 U1 + Y12 U2;

I2 = Y21 U1 + Y22 U2,

где Y11, Y12, Y21, Y22 - характеристические проводимости четырёхполюсника, которые определяются при условии короткого замыкания входа или выхода транзистора по переменному току.

Входная проводимость при коротком замыкании выхода:

Y11 = I1/U1, при U2 = 0

Проводимость обратной связи (обратной передачи) при коротком замыкании входа:

Y12 = I1/U2, при U1 = 0

Проводимость прямой передачи (усиления) при коротком замыкании выхода:

Y21 = I2/U1, при U2 = 0

Выходная проводимость при коротком замыкании входа:

Y22 = I2/U2, при U1 = 0

Смешанная система параметров (h-параметры)

Выражения для токов и напряжений можно записать так (I1, U1, I2, U2-комплексные амплитуды малых переменных сигналов):

U1 = h11 I1 + h12 U2;

I2 = h21 I1 + h22 U2,

где h11, h12, h21, h22 - гибридные (смешанные) параметры четырёхполюсника.

В отличие от y- и z-параметров h-параметры имеют различную размерность. Это объясняется тем, что в качестве независимых параметров взяты различные по размерностям величины - входной ток I1 и выходное напряжение U2.

Входное сопротивление:

h11 = U1/I1, при U2 = 0

Коэффициент обратной связи по напряжению:

h12 = U1/U2, при I1 = 0

Коэффициент передачи по току (коэффициент усиления):

h21 = I2/I1, при U2 = 0

Выходная проводимость:

h22 = I2/U2, при I1 = 0

Достоинством системы h-параметров является лёгкость измерения её параметров.

3.3.Типы транзисторов:

Биполярный n-р-n-транзистор

n-р-n-транзистор, являющийся основным элементом биполярных ИМС (рис. 2), изготавливают по планарной эпитаксиальной технологии. Все остальные элементы ИМС выполняют в том же технологическом цикле.

Эпитаксиальный слой п (коллектор транзистора) принято называть коллекторным слоем (хотя на его основе можно, например, изготовить и резистор): диффузионный слой р (база транзистора) - базовым слоем, диффузи онный слой n+ (эмиттер транзистора) - эмиттерным. Базовый слой - всегда диффузионный, поэтому в интегральных микросхемах используются только дрейфовые транзисторы. Пунктиром на рис. 2 показан путь тока между коллектором К и эмиттером Э (базовый ток на несколько порядков меньше, им пренебрегают). От К ток проходит к Э через большое сопротивление коллекторного слоя в горизонтальном направлении rkk и сопротивление в вертикальном направлении r*kk. Вертикальная составляющая сопротивления коллекторного слоя мала (r*kk << rkk), поэтому общее сопротивление в цепи коллектора определяется величиной rkk. Чтобы уменьшить rkk, в транзистор вводят дополнительный элемент - скрытый сильнолегированный n+ слой. Тогда основная часть тока от коллектора к эмиттеру проходит по низкоомному участку n+, сопротивление коллекторного слоя получается небольшим (уменьшается почти в 20 раз). Рабочий интегральный транзистор п-р-п связан в структуре с «паразитным» транзистором р-п-р (Э', Б' и К' на рис. 2). Последний неизбежно получается, так как структура четырехслойна, и есть еще слой р (подложка). Если паразитный транзистор заперт (на эмиттере Э' - минус, на базе Б' - плюс), то n-р-n-транзистор работает в активном режиме. Но если паразитный транзистор отперт (на эмиттере Э' - плюс, на базе Б' - минус), в его эмиттерной цепи течет ток I, в коллекторной-ток aрпр * I и часть тока ответвляется в подложку, минуя рабочий n-р-n-транзистор. В этом случае последний оказывается в режиме насыщения. Коллекторный ток Ik рабочего p-n-p-транзистора уменьшается на величину тока, уходящего в подложку. Таким образом «паразитный» транзистор, отсасывая часть тока, ухудшает свойства рабочего транзистора. Для того чтобы избежать ухудшения параметров транзистора в режиме переключения, необходимо резко уменьшить ток aрпр' через паразитный транзистор в подложку. К сожалению, ток I уменьшить нельзя, следовательно, нужно уменьшить коэффициент aрпр. Известно, что a 1 - 1/2 * (W / L)^2, где

W - толщина базы, а L - диффузионная длина. Чтобы уменьшить а, следует увеличить W или уменьшить L

3.4Технологические разновидности биполярных транзисторов

Среди многочисленных разновидностей транзисторов наибольшее распространение получили сплавные, сплавно-диффузионные, диффузионно-планарные, мезапланарные и эпитаксиально-планарные транзисторы (рис. 1). Сплавные транзисторы (преимущественно германиевые) изготовляют по сплавной технологии получения p-n-переходов. Транзисторная структура с двумя близко расположенными p-n-переходами показана на рис. 2, а одна из наиболее распространенных конструкций сплавного транзистора - на рис. 3 (где 1 - кристалл Ge; 2 - кристаллодержатель; 3 - электрод эмиттера; 4 - электрод коллектора; 5 - базовое кольцо; 6 - корпус; 7 - основание; 8 - выводы). В сплавных транзисторах трудно сделать очень тонкую базу, поэтому они предназначены только для низких и средних частот, их могут выпускать на большие мощности, до десятков ватт. В мощных транзисторах электронно-дырочные переходы выполняют большой площади, вывод коллектора соединяется с корпусом. Основание корпуса для лучшего охлаждения изготавливают в виде массивной медной пластины, которую монтируют на теплоотводе или на шасси электронной схемы. Недостатки сплавных транзисторов - сравнительно невысокая предельная частота fa 20 МГц, значительный разброс параметров и некоторая нестабильность свойств транзистора во времени. Сплавно-диффуэионные транзисторы изготавливают сочетанием сплавной технологии с диффузионной. В этом случае наплавляемая навеска содержит как донорные (сурьма), так и акцепторные (индий) примеси. Навески размещают на исходной полупроводниковой пластине и прогревают. При сплавлении образуется эмиттерный переход. Однако при высокой температуре одновременно с процессом плавления происходит диффузия примесей из расплава в глубь кристалла. Примеси доноров и акцепторов распределяются по толщине кристалла при этом неравномерно, так как разные примеси диффундируют на разную глубину (например, диффузия сурьмы идет скорее, чем индия). В кристаллов результате образуется диффузионный базовый слой

n-типа с неравномерным распределением примесей (получается «встроенное» в базу электрическое поле). Коллектором служит исходная пластинка герма-ния p-типа. Перенос неосновных носителей через базовую область осуществляется в основном дрейфом во «встроенном» электрическом полем транзисторы поэтому называют дрейфовыми. Толщина базы транзисторов .может быть уменьшена до 0,5-1 мкм. Рабочие частоты достигают 500-1000 МГц. Широкий диапазон частот является основным достоинством этой разновидности транзисторов. К недостаткам относятся низкие обратные напряжения на эмиттере из-за сильного легирования эмиттерной области, а также трудности в разработке транзисторов на высокие напряжения и большие мощности. В последние годы при изготовлении дрейфовых транзисторов широко используется метод двойной диффузии. В этом случае базовая и эмиттерная области получаются при диффузии примесей п- и p-типа в исходную пластинку полупроводника. Такие транзисторы изготавливают в виде планарных структур и меза-структур.
4.Программа расчета параметров диода и транзистора

Данная программа написана на языке программирования Pascal. Суть программы состоит в том, что по вводимым данным программа, с помощью физических формул, рассчитывает параметры диода и транзистора.
Основные расчетные формулы: