ВУЗ: Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники
Категория: Учебное пособие
Дисциплина: Электроника
Добавлен: 23.10.2018
Просмотров: 9114
Скачиваний: 23
101
Б
К
э
1
э
4
1
К
3
2
Э
1
Э
2
Э
3
Э
4
Б
а
б
в
Рис. 11.6 — Многоэмиттерный транзистор
11.4
Транзисторы
с
диодом
Шоттки
Структура
транзистора
с
диодом
Шоттки
(
ДШ
),
изготовлен
-
ного
по
изопланарной
технологии
,
показана
на
рис
. 11.7, а.
В
от
-
личие
от
изопланарного
транзистора
(
см
.
рис
. 11.5, д)
здесь
базо
-
вое
контактное
отверстие
расширено
в
сторону
коллекторной
об
-
ласти
n-
типа
.
Для
этого
потребовалось
исключить
центральную
область
из
диоксида
кремния
.
Слой
алюминия
,
расположенный
на
базовом
слое
p-
типа
,
образует
с
ним
омический
контакт
,
как
и
в
изопланарном
транзисторе
.
Слой
алюминия
с
подслоем
другого
металла
на
границе
1
с
относительно
высокоомной
коллекторной
областью
обеспечивает
выпрямляющий
контакт
—
диод
Шоттки
.
Назначение
остальных
областей
транзистора
с
ДШ
такое
же
,
как
в
обычном
изопланарном
транзисторе
.
Диод
Шоттки
оказывается
включенным
параллельно
коллекторному
переходу
транзистора
,
как
показано
на
эквивалентной
схеме
(
рис
. 11.8, б).
Как
известно
,
прямой
ток
через
ДШ
обусловлен
движением
основных
носите
-
лей
заряда
,
а
инжекция
и
накопление
неосновных
носителей
за
-
ряда
,
характерные
для
р-n
перехода
,
здесь
практически
отсутст
-
вуют
.
На
рис
. 11.7, в
представлены
прямые
ветви
вольт
-
амперных
102
характеристик
(
ВАХ
)
ДШ
(1)
и
коллекторного
р
-n
перехода
обычного
изопланарного
транзистора
(2)
при
Т=300
К
.
Прямое
напряжение
при
токе
ПР
I
=2
мА
для
ДШ
на
360
U
Δ ≈
мВ
ниже
,
чем
для
коллекторного
р-n
перехода
.
Указанные
свойства
ДШ
используются
для
существенного
уменьшения
времени
рассасы
-
вания
рас
t
—
одного
из
основных
параметров
,
характеризующих
работу
биполярного
транзистора
в
импульсном
режиме
.
n(x)
p(x)
Э ЭП
Б
КП
К
n
+
К
Б
Э
p
SiO
2
p
-
n
n
+
P
+
1
n(x)
Э ЭП
Б
КП
К
n
+
a
г
д
)
VD
VT
U
пр
0,2
0,6
1
∆U
2
I
б
в
е
Рис. 11.7 — Биполярный транзистор с диодом Шоттки
11.5
Диодное
включение
транзистора
В
биполярных
микросхемах
в
качестве
диодов
широко
ис
-
пользуют
транзисторы
в
диодном
включении
.
Диоды
с
различ
-
103
ными
электрическими
параметрами
можно
получить
на
основе
одинаковых
транзисторных
структур
,
выбирая
соответствующую
схему
включения
.
На
рис
. 11.8
приведены
пять
возможных
схем
включения
.
К
основным
электрическим
параметрам
таких
диодов
относятся
прямое
напряжение
на
диоде
при
заданном
прямом
токе
,
обрат
-
ный
ток
при
заданном
обратном
напряжении
,
напряжение
пробоя
и
время
восстановления
обратного
сопротивления
.
Рассмотрим
,
как
зависят
эти
параметры
от
схемы
включения
транзистора
.
1
2
3
4
5
U
КБ
=0
I
K
=0 U
ЭБ
=0
I
Э
=0
U
КЭ
=0
Рис. 11.8 — Схемы включения транзисторов в диодном режиме
Прямое
напряжение
на
диоде
0
ln(
1)
,
ПР
ПР
T
ПР Б
ПЕР
r
I
U
I
r
U
U
I
= ϕ
+ +
=
+
(11.1)
где
пр
I —
прямой
ток
;
0
I —
обратный
ток
,
Б
r —
объемное
со
-
противление
базы
.
Здесь
первое
слагаемое
определяет
падение
напряжения
на
р-n
переходе
,
а
второе
—
на
базовой
области
.
Со
-
противление
1
Б
r
также
зависит
от
схемы
включения
:
это
может
быть
либо
сопротивление
базы
,
либо
сопротивление
коллектора
,
либо
их
сумма
.
Сопротивление
эмиттерной
области
пренебрежи
-
мо
мало
из
-
за
высокой
концентрации
примесей
в
ней
.
При
малых
прямых
токах
второе
слагаемое
можно
не
учитывать
.
В
области
малых
токов
прямые
ветви
ВАХ
удобнее
сравнивать
по
величине
пр
I
при
одинаковом
для
всех
схем
прямом
напряжении
.
Для
оп
-
ределения
значения
прямого
тока
нужно
выяснить
,
через
какой
р-n
переход
(
или
переходы
)
он
протекает
и
из
каких
составляю
-
щих
складывается
.
Воспользуемся
моделью
дискретного
транзи
-
104
стора
,
приведенной
на
рис
. 8.9,
на
которой
указаны
токи
эмит
-
терного
и
коллекторного
переходов
и
внешние
токи
эмиттера
,
ба
-
зы
,
коллектора
.
Здесь
N
α —
нормальный
,
i
α —
инверсный
ко
-
эффициенты
передачи
тока
,
резисторы
1
Б
r
и
1
К
r
учитывают
сопро
-
тивления
базы
и
коллектора
.
Как
видно
из
рис
. 11.9,
через
каж
-
дый
р-n
переход
транзистора
может
протекать
ток
инжекции
но
-
сителей
,
обусловленный
прямым
смещением
перехода
(
токи
1
I
и
2
I ),
и
встречный
ток
,
связанный
с
коллектированием
этим
пере
-
ходом
носителей
,
инжектированных
через
соседний
р-n
переход
(
токи
1
2
,
N
i
I
I
α
α ).
I
Б
I
2
I
1
I
К
I
Э
r
1
Б
r
1
K
Б
К
Э
Рис. 11.9 — Эквивалентная схема биполярного
транзистора
В
процессе
анализа
различных
схем
включения
транзисто
-
ров
в
диодном
включении
необходимо
выяснить
,
какая
из
приве
-
дённых
схем
имеет
лучшие
эксплуатационные
характеристики
и
параметры
.
Важными
параметрами
являются
:
обратный
ток
перехода
,
пробивное
напряжение
,
мощность
,
рассеиваемая
на
транзисторе
.
Основные
положения
,
которые
будем
учитывать
при
анализе
:
1.
При
производстве
интегральных
схем
основным
полупро
-
водниковым
материалом
является
кремний
Si,
а
,
следовательно
,
обратные
токи
обусловлены
в
основном
токами
термогенерации
,
т
.
е
.
процессами
генерации
носителей
в
переходе
.
2.
Элементы
интегральных
схем
в
подавляющем
большин
-
стве
работают
при
токе
десятки
микроампер
,
т
.
е
.
в
режиме
малых
токов
,
следовательно
,
и
анализ
будем
вести
для
этого
режима
.
105
3.
Учитывая
п
. 2,
вторым
слагаемым
в
формуле
(11.1)
можно
пренебречь
и
учитывать
падение
напряжения
на
переходе
.
4.
Коллекторный
переход
транзистора
,
как
правило
,
работа
-
ет
при
более
высоких
обратных
напряжениях
по
сравнению
с
эмиттерном
переходом
.
Это
достигается
меньшей
степенью
леги
-
рования
коллектора
,
чем
эмиттера
,
а
,
следовательно
,
коллектор
-
ный
переход
занимает
большую
площадь
.
Учитывая
п
. 1,
можно
сделать
вывод
,
что
обратный
ток
эмиттера
много
меньше
обрат
-
ного
тока
коллектора
,
0
0
K
Э
I
I
>>
.
5.
При
анализе
будем
считать
,
что
прямые
токи
при
всех
схемах
включения
должны
быть
одинаковыми
.
6.
Считаем
,
что
ток
через
транзистор
(
диодное
включение
)
задаётся
от
генератора
тока
,
т
.
е
.
определяется
внешними
элемен
-
тами
.
Анализ
схем
включения
показывает
,
что
в
схемах
3
и
4
ра
-
ботают
коллекторные
переходы
.
Обратные
токи
равны
0
К
I
,
на
-
пряжение
пробоя
.
КПРОБ
U
.
Учитывая
,
что
переход
довольно
ши
-
рокий
,
механизм
пробоя
носит
лавинный
характер
,
а
,
следова
-
тельно
,
напряжение
пробоя
достаточно
велико
.
Падение
напряжения
при
прямом
смещении
на
переходе
для
обеих
схем
одинаковое
и
равно
:
0
.3,4
0
ln
ПР
К
КБ
T
К
I
I
U
I
+
= ϕ
. (11.2)
В
схемах
1
и
2
работают
эмиттерные
переходы
.
Учитывая
,
что
эмиттерный
переход
довольно
узкий
,
из
-
за
высокой
степени
легирования
эмиттерной
области
механизм
пробоя
обусловлен
туннельным
эффектом
,
следовательно
.
.
.
.
Э ПРОБ
К ПРОБ
U
U
<<
.
Об
-
ратные
токи
в
схемах
1
и
2
меньше
,
чем
в
3
и
4.
Падение
напряжения
на
переходах
,
смещенных
в
прямом
направлении
,
равны
:
0
.1,2
0
ln
пр
Э
ЭБ
T
Э
I
I
U
I
+
= ϕ
.
(11.3)
Сравнивая формулы (11.2) и (11.3), видим, что в схемах 1 и
2 падение напряжения при прямом смещении на переходе выше,
чем в 3 и 4, а следовательно, и мощность, рассеиваемая на 1 и 2
выше. Если обратные токи отличаются на два порядка, то вели-