Диференціальні параметри БТ. Температурний дрейф статичних характеристик БТ. Диференціальні параметри й еквівалентні схеми БТ. Визначення параметрів БТ за його статичними характеристиками.
Принцип дії підсилювального каскаду на БТ. Способи забезпечення режиму спокою транзисторного каскаду. Динамічні характеристики БТ та їх використання. Частотні властивості БТ. Робота БТ у ключовому режимі. Одноперехідний транзистор. Високочастотні малопотужні транзистори. Потужні транзистори. Оцінка температурної нестабільності транзисторного каскаду.
Ця тема за обсягом та за значенням є основною темою курсу. БТ визначається як напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими переходами, з трьома та більше відводами, підсилювальні властивості якого обумовлені явищами інжекції та екстракції неосновних носіїв. Основний режим роботи БТ – активний – має місце при прямому зміщенні емітерного переходу та зворотному – колекторного. Емітерний перехід інжектує неосновні носії в базу, а колекторний їх екстрагує. Взаємодія переходів досягається, якщо ширину бази зробити значно меншою за дифузійну довжину пробігу неосновних носіїв .
Розглядаючи роботу БТ в активному режимі, необхідно згадати фізичні процеси в окремому p-n переході при дії на нього прямої та зворотної напруги. Потрібно усвідомити, що дифузія неосновних носіїв через базу забезпечується тим, що внаслідок інжекції виникає градієнт їх концентрації від емітерного переходу (ЕП) до колекторного переходу (КП). Необхідно показати, що розподіл концентрацій дірок у базі має лінійно-регресивний характер уздовж ширини бази. Важливо вміти показати напрямки всіх струмів транзистора як діркових, так і електронних. Звернути увагу на різницю площ переходів і на те, як ця обставина впливає на коефіцієнт перенесення носіїв у базі. Для засвоєння поняття «модуляція ширини бази» необхідно згадати матеріал попередньої теми, як ступінь легування напівпровідників впливає на товщину p-n переходу, тоді стане зрозумілим, чому при слабко легованій базі та сильно легованому колекторі колекторний перехід при зворотному зміщенні розширюється переважно в бік бази, що служить причиною зменшення її активної ширини . Далі потрібно усвідомити, чому саме в активному режимі роботи БТ можна зміною струму емітерного переходу (вхідного струму) керувати зміною вихідного колекторного струму, оскільки це відображається на коефіцієнті h21Б (тобто необхідно розкрити фізичну сутність цього коефіцієнту).
Розглядаючи залежність коефіцієнту h21Б від конструкції транзистора, треба вміти показати, що всі три співмножника, що складають цей коефіцієнт (коефіцієнт інжекції γ, коефіцієнт перенесення ξ, коефіцієнт лавинного множення М), в свою чергу, залежать від конструктивних особливостей пристрою. Потрібно показати, яким чином конструктивно чи технологічно можна підвищити коефіцієнт h21Б. Корисно вміти пояснити, чому величина h21Б не може перевищувати одиниці, якщо транзистор не працює в режимі пробою колекторного переходу.
При вивченні залежності коефіцієнта h21Б від режимів роботи БТ потрібно за графіком функцій h21Б = f(IЕ) вміти пояснити природу висхідної ділянки кривої, ділянки насичення та падаючої ділянки. При розгляді залежності h21Б = f(UКБ) треба вміти пояснити пологу ділянку характеристики (до настання пробою), коли при збільшенні напруги UКБ незначно збільшується h21Б за рахунок зменшення активної ширини бази приладу, що, відповідно, викликає зростання коефіцієнту перенесення носіїв заряду ξ.
Співвідношення, що описують зв'язок між струмами та напругою транзистора в усіх трьох схемах включення, перехід від h21Б до h21Е та h21К потрібно вивчити напам’ять. Використовуючи ці співвідношення, показати що вхідний опір транзистора, ввімкненого за схемою зі спільним емітером, в залежності від величини h21Б в десятки разів вищий, ніж вхідний опір БТ в схемі зі спільною базою; вихідний опір транзистора в схемі зі спільним колектором значно перевищує вхідний опір, ця обставина обумовлює застосування названої схеми включення при побудові емітерних повторювачів.
Вивчаючи статичні вхідні та вихідні характеристики БТ, необхідно не лише запам’ятати їх вигляд, але і вміти пояснити кожну ділянку на них та відмінність однойменних характеристик різних схем включення між собою. Особливу увагу потрібно звернути на те, що пологі ділянки вихідних характеристик БТ у схемі зі спільною базою та в схемі із загальним емітером мають різний нахил; що на сім’ї вихідних характеристик БТ у схемі зі спільною базою область режиму відсічки проходить нижче кривої IК = f(UКБ) при IЕ = 0, а на вихідних характеристиках транзистора в схемі із спільним емітером – нижче кривої при IБ = - IКБо; що в схемі з спільною базою режим насичення спостерігається при напрузі UКБ, зворотній до UКБ в активному режимі, на відміну від схеми підключення БТ зі спільним емітером; всі ці явища потрібно пояснити через розгляд фізичних процесів, що відбуваються у пристрої. Нееквідистантність вихідних характеристик БТ пояснюється залежністю коефіцієнту h21Б від вхідного струму IЕ (h21Е від IБ). Додаткові відомості, що розширюють знання про роботу транзистора, містяться у його статичних характеристиках прямої передачі та зворотного зв’язку, хоча вони менше застосовуються на практиці.
Вивчаючи h-параметри транзистора, треба навчитися визначати їх графо-аналітичним шляхом за сім’єю статичних вхідних характеристик приладу, а також знати їх фізичний зміст.
Знання фізичних параметрів БТ створює можливість при аналізі його роботи не прив’язуватися до конкретної схеми включення пристрою, що дає можливість перейти до зручних схем заміщення, та дозволяє розрахувати транзисторний каскад у частотній та часовій областях за допомогою відомих з теорії електричних кіл методів. Важливо навчитися здійснювати перехід від фізичних параметрів до h-параметрів і навпаки та засвоїти залежність фізичних параметрів від температури та режимів роботи транзистора.
Розглядаючи динамічний режим роботи БТ, важливо врахувати, що для цього режиму є характерною зміна у часі хоча б однієї з величин (струм, напруга) транзистора. На практиці застосовується режим, коли на вхідний електрод пристрою подається змінна напруга. Порівнюючи роботу транзисторного каскаду на БТ увімкненому за схемою із спільним емітером та схемою із спільною базою, потрібно зрозуміти, чому перша схема неінвертуюча а друга – інвертуюча. Питання визначення характеристик навантаження БТ та їх застосування для розрахунку параметрів підсилювального транзисторного каскаду покладені в основу РГР №1. Для її виконання необхідно вивчити принципові схеми транзисторних каскадів не лише з автономним джерелом базового зміщення, але й з автозміщенням у базовому (вхідному) колі, в яких установка початкового значення робочої точки на характеристиці навантаження приладу здійснюється за рахунок місцевого джерела живлення ЕК.
Далі потрібно вивчити частотні властивості БТ. Окрім розуміння тих факторів, що обмежують застосування транзисторів на високих частотах, необхідно знати способи підвищення граничної частоти пристрою, та як ці способи реалізовані в високочастотних транзисторах (дрейфових, планарних, дифузійно-сплавних).
Важливим є знання часових характеристик БТ, оскільки дуже широко транзистори застосовуються в ключовому режимі в різноманітних швидкодійних імпульсних схемах. Також потрібно вивчити роботу транзисторного ключа, розглянути процеси зміни концентрації неосновних носіїв у базі при миттєвих перемиканнях, та пов’язане з ним «затягування» передніх та задніх фронтів вихідних імпульсів. Важливо знати технологічні та схемо-технічні засоби підвищення швидкодії транзисторних ключів.
Література: [1], с. 69-160; [2], с. 257-269
Розглянути відмінності у маркуванні БТ за європейською, американською, японською та російською системою позначень.
Охарактеризувати основні режими роботи БТ.
Описати фізичні процеси в емітері, базі та колекторі БТ, що працює в активному режимі.
Записати вирази для струмів та статичного коефіцієнта передачі h21Б БТ підключеного за схемою зі спільною базою.
Записати вирази для струмів та статичного коефіцієнта передачі h21Е БТ в схемі із спільним емітером.
Записати вираз для струмів та статичного коефіцієнта передачі h21К БТ в схемі із спільним колектором.
Чому струм бази транзистора в активному режимі в багато разів менший ніж струм емітера?
Чому в режимі відсічки зворотні струми емітерного IЕБо та колекторного IКБо переходів відрізняються за величиною один від одного?
Чому лише в активному режимі БТ стає керованим приладом?
У скільки разів та в який бік зміниться вхідний опір транзистора при переході від схеми із спільною базою до схеми із спільним емітером, якщо h21Б = 0,95?
Пояснити явище та суть модуляції ширини бази БТ?
Чому при збільшенні колекторної напруги UКБ в активному режимі зменшується ширина бази транзистора?
Прокоментувати залежності h21Б = f(IЕ); h21Б = f(UКБ).
З якою метою в БТ p-n-переходи виготовляють з різною площею?
Чому в сплавних БТ область бази виготовляється слабо легованою, а області колектора та емітера – сильно легованими?
З якою метою в БТ намагаються конструктивно зменшити ширину бази?
Чому в БТ, увімкнених за схемою із спільним емітером, вхідний опір вище, ніж у транзисторах підключених за схемою із спільною базою?
Чому схема включення БТ з спільним колектором є основою для побудови каскадів емітерних повторювачів?
Надати порівняльну характеристику схем підключення транзистора зі спільною базою та спільним емітером.
Зобразити статичні вхідні характеристики БТ у схемі із спільною базою та пояснити їх вигляд.
Зобразити статичні вихідні характеристики БТ у схемі із спільною базою та пояснити їх вигляд.
Зобразити статичні вхідні характеристики БТ у схемі із спільним емітером та пояснити їх вигляд.
Зобразити статичні вихідні характеристики БТ у схеми із спільним емітером та пояснити їх вигляд.
Зобразити та пояснити вигляд статичних характеристик прямої передачі та зворотного зв’язку БТ в схемі із спільною базою.
Провести порівняльний аналіз характеристик зворотного зв’язку транзистора в схемі зі спільною базою та схемі із спільним емітером.
Пояснити фізичний зміст та розмірність диференціальних h-параметрів БТ.
Нарисувати фізичну Т-подібну схему заміщення БТ зі спільною базою та пояснити зміст фізичних параметрів.
Нарисувати схему та пояснити принцип дії транзисторного каскаду на основі БТ підключеного за схемою зі спільним емітером та двома джерелами живлення.
Пояснити порядок побудови вхідних та вихідних характеристик навантаження каскаду на БТ.
Чому зі збільшенням температури колекторний струм БТ в схемі із спільним емітером зростає сильніше, ніж в схемі із спільною базою?
Чому зі збільшенням частоти зменшується амплітуда колекторного струму БТ та збільшується його запізнення за фазою від емітерного струму?
Нарисувати частотні характеристики БТ у схемі із спільним емітером та вказати на них граничну частоту.
Як пов’язані гранична частота БТ в схемі із спільною базою та схемі із спільним емітером?
Які фактори викликають погіршення частотних характеристик БТ на високих частотах?
Назвати та розкрити особливості роботи БТ у ключовому режимі.
Розглянути будову та пояснити принцип дії дрейфових транзисторів.
Розкрити конструкційні та технологічні особливості потужних транзисторів.
Описати порядок виготовлення планарних транзисторів.
Розглянути будову, принцип дії та застосування одноперехідних транзисторів.
Розглянути вплив ємностей переходів і розподіленого опору бази на частотні властивості БТ.
Розділ 4. Польові транзистори
Польові транзистори (ПТ) з керуючим р-n - переходом. Структурна схема, принцип дії та характеристики ПТ з керуючим р-n – переходом. ПТ з ізольованим затвором. Метал-діелектрик-напівпровідник (МДН) або метал-оксид-напівпровідник (МОН) - транзистори. Ефект поля. МДН - транзистори з індукованим каналом. МДН - транзистори з вбудованим каналом. Структурна схема, принцип дії та характеристики МДН - транзисторів. Вплив температури на характеристики ПТ. Динамічний режим роботи транзистору. Схеми забезпечення режиму спокою ПТ. Частотні властивості транзисторів. Потужні ПТ. Польові прилади з зарядовим зв’язком. Мікромінітюаризація МДН - приладів.