Материал: Tverdotila_elektronika
Рисунок 3.61 – Часові діаграми струму БТ у ключовому режимі
3.4 Деякі різновиди біполярних транзисторів
3.4.1 Одноперехідний транзистор
Одноперехідний транзистор, або двобазовий діод (рис. 3.62), - це біполярний прилад, що працює в режимі перемикання. P-n перехід, що відокремлює високолеговану область емітера від низьколегованої базової області, поділяє останню на дві частини: нижню з довжиною l1 і верхню базу з довжиною l2 . Струм емітера
при прямому ввімкненні цього переходу містить здебільшого лише діркову складову, і тому перехід називається інжектором. Принцип дії приладу ґрунтується на зміні об’ємного опору бази під час інжекції.
На омічні контакти верхньої і нижньої баз подається напруга, що викликає протікання через прилад струму I2 . Цей струм створює на опорі нижньої бази спад напруги Uâí , який вмикає p-n перехід у зворотному напрямі.
154
|
Рисунок 3.62 – Будова одноперехідного транзистора |
|
|
Через закритий перехід протікає його зворотний струм |
|
I10 |
(рис. 3.63). Під час прикладення до входу транзистора |
|
напруги U1 Uâí |
перехід не відкривається, і малий струм |
|
I10 |
залишається практично незмінним. Транзистор |
|
перебуває у закритому стані. |
||
|
При U1 Uâí |
перехід вмикається прямо, і починається |
інжекція дірок до баз, внаслідок чого їх опори зменшуються. Це приводить до зменшення спаду напруги Uâí , подальшого відкривання переходу, збільшення струму
I1 , подальшого зменшення опорів баз і т.д. Починається лавинний процес перемикання транзистора, що супроводжується збільшенням емітерного струму I1 і зменшенням спаду напруги між емітером і нижньою базою (U1 ). На вхідній статичній характеристиці виникає ділянка з
негативним диференціальним опором (рис. 3.63 а). Внаслідок процесу перемикання транзистор переходить до відкритого стану. У цьому стані прилад перебуватиме доти, поки інжекція дірок через перехід буде підтримувати у базі
155
надлишкову концентрацію носіїв, тобто поки струм I1 буде
більшим за величину I1âèì êí (рис. 3.63 а).
На рисунку 3.63 б показано вихідні характеристики одноперехідного транзистора I2 f (U2 ) I1 const . При I1 0 вихідна характеристика лінійна, бо прилад діє як звичайний резистор. При I1 0 вихідні характеристики набирають нелінійного характеру, оскільки результуюча напруга на переході змінюються при зміні вихідного струму I2 .
I1
I1вимкн
I увімкн
0 |
U1 |
|
I10 |
||
U увімкн |
||
|
а) б)
Рисунок 3.63 – Вхідна (а) і вихідна (б) статичні характеристики одноперехідного транзистора
Одноперехідні транзистори використовуються у різноманітних імпульсних схемах (генератори релаксаційних коливань, підсилювачі тощо).
3.4.2 Високочастотні малопотужні транзистори
Як |
відомо з п. 3.3.4, частотний діапазон БТ має |
|||
задовольнити вимогу |
|
1 |
, з якої випливає, що для |
|
|
||||
|
||||
rÁ CK |
|
|||
|
|
|
|
|
роботи |
на високих |
частотах |
БТ повинен мати малий |
|
|
і малу бар’єрну ємність КП CK . |
розподілений опір бази rÁ |
156
При виготовленні високочастотних транзисторів сплавний спосіб не застосовують, оскільки він не дозволяє отримати
вузьку базу (малий опір r ) і малу площу переходів. Тому
Á
такі транзистори виготовляють за технологією дифузійного введення домішок. Глибина проникнення атомів домішок у напівпровідниковий кристал залежить від тривалості процесу дифузії та виду дифундуючих домішок. При цьому в кристалі створюється нерівномірний розподіл домішок від поверхні до глибини. Це сприяє збільшенню концентрації
домішок у базі біля ЕП і, як наслідок, зменшенню r .
Á
Відносне зменшення концентрації домішок біля КП приводить до зменшення його бар’єрної ємності за рахунок розширення переходу в бік бази, а також до збільшення пробивної напруги колектора.
Прикладом транзисторів, виготовлених за дифузійною технологією, є дрейфові транзистори. У базах цих транзисторів створюється експоненціальний розподіл донорних домішок, концентрація яких зменшується від емітера до колектора (рис. 3.64).
Рисунок 3.64 – Розподіл концентрації донорних домішок у базі дрейфового БТ
Внаслідок іонізації атомів домішок у базі виникає так зване вбудоване електричне поле, спрямоване від емітера до колектора. Це поле збільшує швидкість руху дірок через
157
базу. Завдяки цьому усувається суттєвий недолік сплавних транзисторів з точки зору частотних властивостей, тобто зменшується час прольоту дірок через базу. Ємність КП у таких транзисторах мала, тому що він має велику товщину.
Існують також дифузійно-сплавні транзистори, в яких області колектора і бази виготовляють шляхом дифузії домішок, а ЕП – вплавленням домішок. Розподіл концентрації донорів у базі таких транзисторів подібний до розподілу домішок у базі дрейфового транзистора. Різновидністю таких транзисторів є мезатранзистори із столоподібною структурою (рис. 3.65).
Рисунок 3.65 – Структура мезатранзистора
Поширеним сучасним способом виготовлення високочастотних транзисторів є так звана планарна технологія, яка розглядатиметься докладно у розділі з мікроелектроніки.
3.4.3 Потужні транзистори
Для потужних транзисторів ( P 1, 5 Вт) характерне
протікання через їхні області великих струмів. Це приводить:
- до зростання падіння напруги на r , внаслідок чого
Á
напруга U ÅÁ буде лише частково прикладена до ЕП;
- до того, що падіння напруги на ЕП виявляється нерівномірним, і це приводить до зростання густини
158