ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 15645
Скачиваний: 29
171
У
мощных
транзисторов
эта
зависимость
весьма
существен
-
на
:
коэффициент
β
в
рабочем
диапазоне
токов
может
уменьшить
-
ся
в
несколько
раз
.
В
связи
с
этим
характеристики
коллекторного
семейства
за
-
метно
сближаются
в
области
больших
токов
,
особенно
в
схеме
ОЭ
(
рис
. 4.27).
I
б
=300мА
I
K
I
б
=500мА
I
Э
=10 А
6
10
2
6
10
2
U
K
U
K
0 20 40 60
0 20 40 60
I
K
А
А
I
Э
=6 А
Рис. 4.27 — Коллекторные характеристики мощного транзистора:
а — в схеме ОБ; б — в схеме ОЭ
Результатом
такой
неоднородности
характеристик
являются
,
конечно
,
нелинейные
искажения
при
усилении
сигналов
.
Одной
из
главных
проблем
при
конструировании
и
эксплуатации
мощ
-
ных
транзисторов
является
обеспечение
теплоотвода
.
Эта
про
-
блема
решается
путем
непосредственного
контакта
коллектора
с
корпусом
транзистора
и
применением
внешних
радиаторов
.
В
заключение
отметим
одно
явление
,
которое
характерно
для
мощных
транзисторов
в
связи
с
большим
диаметром
эмит
-
терного
перехода
и
малой
длиной
«
пассивного
»
участка
базы
(
между
ее
внешним
выводом
и
эмиттером
) (
рис
. 4.28).
Это
явле
-
ние
выражается
в
неодинаковой
плотности
тока
на
разных
участ
-
ках
эмиттера
,
плотность
тока
максимальна
на
периферии
эмит
-
терного
перехода
и
минимальна
в
центре
перехода
.
Причиной
та
-
кой
неравномерности
является
протекание
базового
тока
в
ради
-
альном
направлении
—
от
центра
к
внешнему
кольцевому
элек
-
троду
.
В
результате
потенциал
базы
вдоль
радиуса
уменьшается
,
а
напряжение
эмиттер
—
база
соответственно
растет
.
У
мало
-
мощных
транзисторов
неравномерность
инжекции
обычно
несу
-
172
щественна
,
так
как
значительная
часть
падения
напряжения
при
-
ходится
на
«
пассивный
»
участок
базы
,
который
у
этих
транзисто
-
ров
значительно
больше
диаметра
эмиттера
по
конструктивным
соображениям
.
Б
Э
К
Б
I
Б
I
К
I
Э
Рис. 4.28 — Структура мощного сплавного
транзистора; пунктирными стрелками
показано протекание базового тока,
обусловливающее неравномерную
инжекцию
4.11
Дрейфовые
транзисторы
В
неоднородной
базе
имеется
собственное
электрическое
поле
независимо
от
уровня
инжекции
.
Поэтому
механизм
движения
ин
-
жектированных
носителей
у
транзисторов
с
такой
базой
преимуще
-
ственно
дрейфовый
,
откуда
следует
их
общее
название
—
дрейфо
-
вые
транзисторы
.
Поскольку
,
однако
,
неоднородность
базы
достигается
путем
диффузии
примесного
материала
,
можно
встретиться
с
термина
-
ми
«
триод
с
диффузионной
базой
»
или
даже
просто
«
диффузион
-
ный
транзистор
»,
которые
отражают
технологию
изготовления
,
а
не
механизм
движения
инжектированных
носителей
.
Особенности дрейфовых транзисторов
На
рис
. 4.29
изображены
две
структуры
дрейфового
транзи
-
стора
,
различие
между
которыми
обусловлено
технологическими
особенностями
.
Сравнивая
структуры
дрейфового
и
бездрейфового
транзи
-
173
сторов
(
см
.
рис
. 4.3),
видим
,
что
они
заметно
различаются
.
А
именно
,
дрейфовый
транзистор
значительно
более
несиммет
-
ричен
:
коллекторный
слой
много
толще
двух
других
слоев
,
вели
-
ка
разница
в
площадях
эмиттера
и
коллектора
,
по
существу
от
-
сутствует
пассивная
область
базы
.
Все
эти
особенности
обуслов
-
лены
тем
,
что
в
случае
дрейфовых
транзисторов
исходная
пла
-
стина
полупроводника
служит
основой
для
создания
слоев
базы
и
эмиттера
,
а
сама
она
в
дальнейшем
играет
роль
коллектора
,
тогда
как
в
случае
бездрейфовых
(
сплавных
)
транзисторов
исходная
пластина
служит
основой
для
создания
слоев
эмиттера
и
коллек
-
тора
,
а
сама
она
в
дальнейшем
играет
роль
базы
.
Резкая
асиммет
-
рия
дрейфовых
транзисторов
делает
их
практически
необрати
-
мыми
приборами
.
Кроме
того
,
она
осложняет
анализ
тех
случаев
,
когда
суще
-
ственна
неодномерность
транзистора
.
Однако
при
анализе
нор
-
мального
усилительного
режима
использование
одномерной
мо
-
дели
вполне
оправдано
,
поскольку
движение
инжектированных
носителей
в
активной
области
базы
происходит
почти
строго
по
оси
х.
Как
уже
отмечалось
,
база
дрейфовых
транзисторов
получа
-
ется
путем
диффузии
примесей
в
глубь
исходной
пластины
(
на
рис
. 4.29
вдоль
оси
х).
Согласно
законам
диффузии
распределе
-
ние
примесных
атомов
в
слое
базы
должно
выражаться
дополни
-
тельной
функцией
ошибок
.
Э
Б
Э
К
Б
n
К
х
p
w
p
n
p
w
p
а
б
Рис. 4.29 — Упрощенные структуры дрейфовых транзисторов:
а — выводы электродов в разных плоскостях (меза технология и
сплавно-диффузионная технология); б — выводы электродов в одной
плоскости (планарная технология). Пунктиром показаны линии тока
от эмиттера к коллектору
174
( )
(0)
(
),
б
б
N
x
N
x
N
cerf
L
≈
где
х —
расстояние
,
отсчитываемое
от
эмиттера
в
глубь
базы
;
L
N
—
средняя
длина
диффузии
примеси
.
Поскольку
функция
ошибки
близка
к
спадающей
экспоненте
,
можно
записать
при
-
ближенное
выражение
:
( )
(0)
.
б
б
N
x
N
x
N
e
L
−
≈
(4.62)
Это
выражение
широко
используется
при
анализе
дрейфо
-
вых
транзисторов
.
Диффузионная
технология
позволяет
получить
очень
тон
-
кую
базу
,
что
само
по
себе
(
даже
без
учета
распределения
приме
-
сей
)
приводит
к
ряду
важных
следствий
.
А
именно
при
прочих
равных
условиях
существенно
уменьшается
время
диффузии
и
увеличивается
коэффициент
передачи
β
,
поскольку
оба
эти
пара
-
метра
зависят
от
квадрата
толщины
базы
.
Толщина
базы
у
дрей
-
фовых
транзисторов
в
5 — 10
раз
меньше
,
чем
у
сплавных
.
По
-
этому
время
диффузии
и
постоянная
времени
α
τ
оказываются
меньше
в
десятки
раз
;
соответственно
увеличивается
граничная
частота
f
α
.
Коэффициент
передачи
β
по
тем
же
соображениям
должен
был
бы
доходить
до
1000
и
больше
.
На
самом
деле
он
значительно
меньше
и
обычно
не
превышает
100 — 500.
Это
объ
-
ясняется
тем
,
что
величины
α
и
β
зависят
не
только
от
толщины
базы
,
но
также
от
времени
жизни
и
коэффициента
инжекции
.
В
связи
с
повышенной
концентрацией
примесей
вблизи
эмиттера
время
жизни
в
базе
дрейфового
транзистора
значитель
-
но
меньше
,
чем
у
сплавного
.
Коэффициент
инжекции
более
за
-
метно
отличается
от
единицы
.
Тем
не
менее
у
специальных
типов
дрейфовых
транзисторов
удается
получить
значения
β
до
5000
и
более
,
уменьшая
толщину
базы
до
долей
микрона
.
Однако
такие
значения
β
получаются
за
счет
резкого
уменьшения
рабочих
на
-
пряжений
:
напряжение
смыкания
составляет
у
этих
транзисторов
единицы
вольт
.
Частотные
свойства
дрейфовых
транзисторов
могут
ограни
-
чиваться
не
временем
пролета
,
а
постоянной
времени
γ
τ
.
Для
то
-
го
чтобы
уменьшить
влияние
емкости
Сэ,
часто
используют
175
дрейфовые
транзисторы
при
большем
токе
эмиттера
,
например
4 — 5
мА
вместо
1
мА
.
Тогда
сопротивление
r
Э
уменьшается
и
постоянная
времени
r
Э
c
Э
оказывается
достаточно
малой
.
Конечно
,
величины
барьерных
емкостей
Ск
и
Сэ
зависят
не
только
от
соотношения
удельных
сопротивлений
слоев
,
но
и
от
площадей
переходов
.
Технология
изготовления
дрейфовых
тран
-
зисторов
обеспечивает
гораздо
меньшие
площади
,
чем
сплавная
технология
,
и
это
способствует
уменьшению
барьерных
емко
-
стей
.
Вопросы
для
самопроверки
1.
Назначение
переходов
в
биполярном
транзисторе
.
2.
Режимы
работы
биполярных
транзисторов
.
3.
Схемы
включения
биполярных
транзисторов
.
4.
Физические
основы
работы
биполярных
транзисторов
.
5.
Распределение
носителей
в
базе
транзистора
.
6.
К
чему
приводит
модуляция
толщины
базы
?
7.
Начертите
эквивалентную
схему
идеализированного
би
-
полярного
транзистора
.
8.
Выведите
уравнения
Эберса
-
Молла
.
9.
Запишите
уравнения
идеализированных
статических
ха
-
рактеристик
.
10.
Начертите
статические
характеристики
реального
тран
-
зистора
для
схемы
с
общей
базой
.
11.
Нарисуйте
эквивалентную
схему
транзистора
при
малом
сигнале
при
включении
с
ОБ
для
постоянных
составляющих
.
12.
Нарисуйте
эквивалентную
схему
транзистора
при
малом
сигнале
для
переменных
составляющих
при
включении
с
ОБ
.
13.
Запишите
статические
параметры
транзистора
.
14.
Зависимость
барьерной
емкости
коллекторного
перехода
от
напряжения
на
переходе
.
15.
Почему
частотные
свойства
коэффициента
инжекции
улучшаются
с
увеличением
тока
эмиттера
?
16.
От
каких
параметров
зависит
коэффициент
передачи
то
-
ка
эмиттера
α
?
17.
Что
означает
постоянная
времени
базы
?
18.
Зависимость
параметров
транзистора
от
температуры
.