- •1 Движение электрона в кристалле. Уравнение Шрёдингера, волновая функция
- •1.2 Движение электронов в атоме
- •1.3 Зонная теория твердого тела
- •Глава 2. Электропроводность полупроводников
- •2.1 Собственные и легированные полупроводники. Уравнение электронейтральности
- •2.2 Статистика электронов и дырок
- •2.2.1 Заполнение электронами зон вырожденного полупроводника
- •2.2.1 Заполнение электронами и дырками зон невырожденного полупроводника
- •2.2 Положение уровня Ферми и расчет концентрации носителей
- •2.2.1 Донорный полупроводник
- •2.3 Электропроводность полупроводников
- •2.3.1 Электронная проводимость
- •2.3.2 Дырочная проводимость
- •2.3.3 Собственная проводимость
- •Глава 3. Неравновесные электронные процессы
- •3.4 Диффузионный и дрейфовый токи
- •3.2. Неравновесные носители в электрическом поле
- •3.2.1. Уравнение непрерывности тока
- •5 Контакт электронного и дырочного полупроводников
- •5.1 Возникновение потенциального барьера. Контактная разность потенциалов.
- •5.2 Вольтамперная характеристика p-n-перехода
- •5.3 Температурные зависимости вах pn-перехода
- •5.3 Влияние генерационно-рекомбинационных процессов на вах pn-перехода.
- •5.4 Барьерная емкость pn-перехода
- •5.5 Диффузионная емкость pn-перехода
- •5.6 Пробой pn-перехода
- •5.6.1 Лавинный пробой pn-перехода
- •5.6.2 Туннельный (полевой, зинеровский) пробой pn-перехода
- •5.6.3 Тепловой пробой pn-перехода
- •5.7 Влияние сопротивления базы на вах pn-перехода. Полупроводниковый диод
- •5.8 Выпрямление на полупроводниковом диоде
- •5.8.2 Переходные процессы в полупроводниковых диодах
- •5.9 Полупроводниковые диоды
- •5.9.1 Выпрямительные диоды
- •5.9.2 Стабилитроны
- •5.9.3 Туннельные диоды
- •6 Биполярные транзисторы
- •6.1 Включение транзистора по схеме с общей базой
- •6.1.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой
- •6.1.2 Усиление транзистора, включенного по схеме с общей базой
- •6.2 Включение транзистора по схеме с общим эмиттером
- •6.2.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенные по схеме с общим эмиттером
- •6.3 Включение транзистора по схеме с общим коллектором
- •6.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •6.4.1 Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов
- •6.5 Работа транзистора в импульсном режиме
- •7 Тиристоры
- •7.1 Вольт-амперная характеристика тиристора
- •7.2 Типы тиристоров
- •8 Униполярные транзисторы
- •8.1 Полевой транзистор с управляющим pn- переходом (птуп)
- •8.1.1 Вольт-амперные характеристики птуп
- •Мдп–структура
- •1. Идеальная мдп-структура
- •2 Вольт-амперные характеристики мдп-транзистора
- •8.2.2 Схемы включения мдп-транзистора
- •4.2. Барьер на границе металла с полупроводником (барьер Шоттки)
- •4.2.1 Выпрямление тока на контакте металла с полупроводником
- •Фотоэлектрические полупроводниковые приборы
- •7.2. Полупроводниковые источники оптического излучения
- •10 Классификация интегральных микросхем
- •10.2 Условные обозначения микросхем
- •10.3 Элементы микросхем
- •10.4 Технология изготовления микросхем
- •10.4.1 Корпуса микросхем
6.4.1 Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов
Изменение характеристик транзисторов аналогична изменению характеристик диодов: с ростом температуры увеличивается тепловой потенциал (), следовательно, возрастают токи эмиттера и коллектора.
Параметры полупроводниковых приборов, связанные с удельным сопротивлением, концентрацией, подвижностью и временем жизни носителей меняются при изменении температуры. Это ограничивает температурный диапазон приборов.
Сопротивление базы определяется электропроводностью исходного материала:
(6.55) |
где и- проводимость, обусловленная ионизацией атомов основного материала и примеси соответственно, зависимости от температур подвижности и концентраций носителей приводят к тому, что в диапазоне от -60 до + 60оС сопротивление базы транзисторов сначала возрастает, а затем падает.
Дифференциальное сопротивление эмиттера pnp-транзистора определяется соотношением:
. |
(6.56) |
то есть линейно растет с увеличением температуры. При величинах тока эмиттера, сравнимых с величиной (обратным током эмиттерного перехода при коротком замыкании цепи база-коллектор) зависимость от температуры падает, поскольку токс ростом температуры увеличивается, что определяется увеличением концентрации неосновных носителей.
Сопротивление коллектора в диапазоне от -50 до + 50 оС растет, так как для этого диапазона характерно увеличение подвижности носителей (по механизму рассеяния на ионах примеси).
Коэффициент передачи α с ростом температуры увеличивается, что в первую очередь связано с увеличением диффузионной длины дырок.
Температурная зависимость коэффициента передачи β связана в первую очередь с возрастанием времени жизни неосновных носителей заряда в базе транзистора с ростом температуры. Для большинства биполярных транзисторов коэффициент β увеличивается по степенному закону .
6.5 Работа транзистора в импульсном режиме
Биполярные транзисторы, включенные по схеме с ОЭ, широко используются в качестве ключевого элемента переключающих электронных схем (рис. 6.26) и для усиления импульсных сигналов (рис. 6.27).
При работе в качестве ключа основное назначение транзистора состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих входных сигналов. При усилении импульсных сигналов транзистор может работать в режиме малого и большого сигнала.
По аналогии с механическим ключом (контактом) качество транзисторного ключа определяется минимальным падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, минимальным током в разомкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое.
Рис. 6.26 Схема использования транзистора в качестве ключа |
Рис. 6.27 Области работы транзистора: а - в схеме с ОБ; б - в схеме с ОЭ; I – отсечки; II – активная; III – насыщения; IV – лавинное умножение. |
Нагрузка Rн включена в коллекторную цепь, а управляющие импульсы поступают на вход транзистора через сопротивление Rб. В зависимости от сочетания величин и полярности приложенных напряжений рабочая точка транзистора, работающего в ключевом режиме, может находиться в четырех областях: области отсечки I, активной области II, области насыщения III и области лавинного умножения IV. В области I оба перехода заперты (режим отсечки). В области II реализуется режим усиления: эмиттерный переход инжектирует неосновные носители в базу (прямое смещение), а коллекторный переход заперт (обратное смещение). В области III оба перехода оказываются прямо смещенными и инжектируют носители тока в базу. Область IV является областью лавинного умножения.
Если провести на характеристиках линию нагрузки Rн и если UБ=0 (IБ=0), то в коллекторе протекает начальный ток Iкэ0 и рабочая точка находится в точке А. Из-за малой величины Iкэ0 можно считать, что коллектор находится под полным напряжением ЕК. Такое состояние ключа называется разомкнутым.
Если увеличить UБ (IБ), то рабочая точка перемещается от А по линии Rн в направлении точки К. При некотором значении IБ рабочая точка совпадает с точкой М. Тогда ток коллектора будет определяться величинами ЕК. и Rн, так как падением напряжения на транзисторе можно пренебречь:. На коллекторе транзистора остается небольшое напряжение, называемое напряжением насыщения. О таком состоянии ключа принято говорить, что транзистороткрыт и насыщен, а ключ замкнут.
Схема простейшего усилительного каскада на транзисторе, включенном по схеме ОЭ, приведена на рис. 6.28.
Рис. 6.28. Усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме ОЭ |
Переменное напряжение еГ воздействует на сквозной поток электронов, движущихся из эмиттера в коллектор. В результате этого воздействия коллекторный ток приобретает переменную составляющую iК, которая благодаря очень высокой эффективности управления может быть значительной даже при очень маленькой величине еГ. При протекании тока коллектора через нагрузочный резистор на нем выделяется напряжение, также имеющее переменную составляющую uвых=iКRн. Это выходное переменное напряжение при достаточно большом сопротивлении Rн может значительно превосходить величину входного переменного напряжения uвх: , где- эквивалентное сопротивление, определяемое параллельным включением выходного сопротивления транзистора иRК.