Стабилитроны и стабисторы

Стабилитроны используются для стабилизации напряжения и фиксации его уровня. Рабочим участком схемы является обратная ветвь ВАХ, соответствующая лавинному пробою.

R_д – дифференциальное сопротивление стабилизации.

I_ст.min – ток начала стабилизации

I

U_ст

I_ст.min U

I_max

I_max – максимально допустимый ток стабилизации, его превышение приводит к тепловому пробою

U_ст – изменение напряжения в режиме стабилизации

U_ст – напряжение стабилизации при I_ст.min

U_обр.max – обратное напряжение, превышение которого приводит к тепловому пробою

P_max – максимально допустимая мощность, выделяемая в p-n-переходе, при котором тепло успевает рассеяться в окружающую среду

Температурный коэффициент напряжения

Используется для стабилизации напряжения от 2 до 200 В. При рабочем напряжении от 0,3 до 2 В применяются стабисторы (включение прямое, т.к. у них специальная ВАХ).

Применение стабилитрона.

R₀

U_вх R_н

При повышении входного напряжения ток через резистор I₀ и через нагрузку должны возрастать. Однако в режиме стабилизации увеличение тока через стабилитрон не приводит к возрастанию напряжения. Увеличение же тока через R₀ на I приводит к возрастанию падения напряжения IR₀~ U_вх. Т.е. R₀ гасит увеличение входного напряжения U_вх. Аналогично будет работать схема и при уменьшении входного напряжения.

Варикапы

Основой работы варикапов является свойство наличия в p-n-переходе барьерной ёмкости при обратном смещении. Эта ёмкость зависит от величины обратного напряжения, поэтому характеристикой варикапов является вольт – фарадная характеристика ВФХ.

C

C_ном C_max

С_min

U

C_ном – номинальное значение при указанном U_обр

C_max – максимальная ёмкость (сотни – тысячи пФ).

С_min - минимальная ёмкость при максимальном U_обр.

Коэффициент перекрытия

Температурный коэффициент ёмкости

Показывает, насколько уменьшится ёмкость при изменении температуры на 1 К.

U_{обр max}, P_{max рассеив}, добротность (различна на НЧ и ВЧ).

Недостатки варикапов: нелинейные характеристики и небольшие величины ёмкости, сильная зависимость ёмкости от температуры.

Применяются в резонансных контурах для настройки и расстройки.

Добротность варикапов определяется соотношением величины емкостного сопротивления, параллельно ему включённого сопротивления R_пер и последовательно ему включённого R_Б.

C_бар R_пер

R_б

НЧ:

ВЧ:

Постоянная времени диода:

r_S – все активные потери

Критическая частота:

m – коэффициент модуляции ёмкости диода

Предельная частота:

Транзисторы

Транзисторы – это приборы, работа которых основана на свойствах полупроводников; предназначены для усиления мощности подводимых сигналов за счет преобразования энергии тока, поступающего от источника питания и переменно изменяющегося по закону входного сигнала.

Все транзисторы можно разделить:

-биполярные транзисторы (БТ)

токи создаются 2 видами носителей зарядов

-униполярные / полевые транзисторы (ПТ)

токи в них образуются одним видом зарядов

Биполярные транзисторы

Имеют 3 электрода:

- эмиттер

- база

- коллектор

База самая высокоомная часть транзистора, самая большая степень легированности у эмиттера, а у коллектора меньше.

Транзистор представляет собой трехслойную структуру, в которой крайние электроды образованны полупроводниками с электропроводностью отличной от электропроводности среднего электрода.

Различают:

• P-n-p

• N-p-n

P N P

N P N N PPPPPPpp pppppppNNNNNN nnn NNNNJnnN NN N

По методу изготовления:

• сплавные

• микросплавные

• мезоструктуры

• поверхностнобарьерные

• планарные

По характеру контакта:

• точечные

• плоскостные

По диапазону рабочей частоты:

• малой

• средней

• высокой

• СВЧ

По основным процессам в базе:

• дрейфовые

• бездрейфовые

По мощности:

• малой

• средней

• мощные

Принцип действия биполярных транзисторов

Одной из возможных схем подключения внешних источников напряжения к транзистору является схема с ОБ, когда база заземлена, и напряжение на коллекторе и эмиттере отсчитывается относительно земли. К эмиттеру относительно базы подключается Uэб в прямом направлении, а к коллектору Uкб в обратном направлении. Значит, эмиттер открыт, а коллектор закрыт (активный режим работы транзистора).

При прямом смещении эмиттерного n-p перехода снижается потенциальный барьер в этом переходе и начинается диффузионное движение дырок через ЗС в базу, а электроны движутся из базы в эмиттер. Но концентрация дырок в эмиттере выше концентрации электронов в базе. Вследствие инжекции дырок из эмиттера в базу их концентрация в базе растет. Образовавшийся вблизи ЗС эмиттерного перехода в базе объемный положительный заряд компенсируются за счет электронов приходящих в базу от источника Uэб.

Электроны устремляются к эмиттерному переходу и создают объемный отрицательный заряд, компенсирующий заряд, образованный дырками. Вблизи эмиттерного перехода имеется область повышенной концентрации электронов и дырок. Вследствие разности концентраций возникает диффузионное движение дырок и электронов к коллектору. В транзисторах ширина базы выбирается такой, чтобы при существенной концентрации электронов и дырок, и скорости дырок, время их жизни превышало время пребывания в базе.

Незначительная часть дырок в базе рекомбинируется, но 99% не успевает рекомбинимроваться. Вблизи коллекторного перехода они попадают в его поле, которое является ускорительным для дырок и втягивает в коллектор. Такой процесс называется экстракцией дырок. Электроны, число которых равно числу дырок, ушедших в коллектор под влиянием кб, устремляются к базовому выводу, а следовательно замыкается цепь тока эмиттера и коллектора.

Ток, текущий через эмиттерный переход, будет являться управляющим током. От его величины зависит значение коллекторного тока (управляемого). Ток базы представляется разностью управляющего тока и управляемого. Так как основные носители базы при компенсации движения дырок через эмиттерный и коллекторный переходы, движутся в разных направлениях в выводе базы.

Сопротивление эмиттерного перехода, смещенного в прямом направлении, небольшое. Эмиттерный и коллекторные токи растут по экспоненте Uэб. Изменение напряжения Uкб выше определенного предела (0,5В) не должно вызывать изменений тока Iк, т.к. Uобр=0,5В. Все неосновные носители зарядов участвуют в создании обратного тока коллекторного p-n перехода.

Если в цепь эмиттер-база помимо источника постоянного напряжения включить источник переменного напряжения u=Um sin wt, то ток эмиттера и ток коллектора будет меняться в такт с этим напряжением.

Если в цепь коллектора включить Rн ,то на нем можно выделить усиление напряжения сигнала с частотой , но амплитудой >> амплитуды сигнала.

Изменение напряжения коллектора будет вызывать изменения на коллекторном переходе, но влияние этого изменения на очень мало.

Режимы работы.

--Активный

эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном

--Отсечки

коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении

--Насыщения

оба смещены в прямом направлении (в базу инжектируются носители со стороны Э,К)

Токи в транзисторе

При рассмотрении принципа работа транзистора установили, что в активном режиме дырки, инжектированные из эмиттера, движутся в базе под действием градиента концентраций и втягиваются полем коллекторного перехода, образуя ток через прибор.

Цепь эмиттерного перехода замыкается через выводы базы и эмиттера, а цепь коллекторного тока замыкается через выводы базы и коллектора. Вслед рекомбинации носителей в базе и других причин Iк<Iэ.

На основе закона Кирхгофа:

Пусть =Iк/Iэ, где - коэффициент передачи эмиттерного тока.

Ток через выводы базы мал. Во многих случаях применимо:Iк Iэ

Рассмотрим составляющие токов Iэ,Iк для коллекторного и эмиттерного переходов отдельно

Каждый из этих переходов представляет собой полупроводниковый переход. Запишем уравнение, которое описывает ВАХ перехода:

, - прямые токи

, –обратные токи

В теории транзисторов в качестве обратных токов эмиттерного и коллекторного переходов используют: , измеренные в условиях холостого хода

Эти токи меньше соответственно Iкn, Iэn и связаны:

инв.- коэффициент передачи тока в случае инверсного включения транзистора ( когда коллекторный переход открыт, а эмиттерный переход закрыт)

Схемы включения биполярного транзистора

Различают три схемы включения БТ:

• с общей базой (ОБ)

• с общим эмиттером (ОЭ)

• с общим коллектором (ОК)

Общим называется электрод, если он включен одновременно во входной и в выходной контур, т.е. к нему одновременно подключены источник сигнала и нагрузка.

Управление токами в БТ можно осущетвлять как постоянным, так и переменным токами. С помощью постоянного источника задается рабочий режим транзистора и затем на входные электроды подаются переменные сигналы, которые усиливаются по мощности с помощью транзисторных схем и выводятся на нагрузку.

С общей базой

В этой схеме напряжение на эмиттерном и коллекторном выводах отсчитывается относительно базы, потенциал которой равен 0.

Входной ток-

Входное напряжение-

Выходной ток-

Выходное напряжение-

С общим эмиттером

В этой схеме эмиттер заземлен, и напряжение рассчитывается относительно потенциала.

Входные величины: ,

Выходные величины: ,

С общим коллектором

Отсчет напряжения осуществляется от нулевого потенциала вывода коллектора.

Входные величины: ,

Выходные величины: ,

C - конденсатор с большой емкостью и очень малым сопротивлением по переменному току.

Статические характеристики БТ

Используется четыре семейства характеристик:

1. Зависимость

2. Характеристики обратной связи по напряжению (обратного действия)

3. Семейство характеристик передачи тока (характеристики прямой передачи)

4. Выходные характеристики

Статические характеристики в схеме с общей базой

1 Зависимость при представляет собой ВАХ диода смещенного в прямом направлении. При увеличении начальный участок несколько спрямляется, но в транзисторе база очень узкая. Объемное сопротивление базы меньше и падение напряжения становится заметным только при больших токах .

При подаче входная характеристика смещается в сторону меньших значений . В результате резкого уменьшения ширины базы градиент неосновных носителей в базе увеличивается и при неизменном напряжении ток эмиттера несколько увеличивается.

При даже если , поскольку в базе существуют некоторый градиент концентраций.

2 Зависимость

Ряд почти прямых параллельных линий, идущих в область напряжения почти параллельно оси абсцисс. Увеличение тока Э вызывает пропорциональный рост . При характеристика представляет собой ВАХ диода, смещенного в обратном направлении, при этом равна . Незначительный наклон всех характеристик по отношению к оси абсцисс объясняется уменьшением ширины Б при увеличении .

При значительном увеличении может развиться лавинный пробой, переходящий затем в тепловой при ток резко уменьшается, так как коллекторный переход открывается, транзистор начинает работать в режиме насыщения и поток дырок из Б в К компенсируется встречным диффузионным потоком дырок из К в Б.

3

Характеристики представляют собой прямые линии с углом наклона к оси абсцисс меньше 45 градусов, т.к. . При характеристика несколько отклонена к биссектрисе угла, т.е. к 45 градусам. Причина –уменьшение ширины Б и следовательно при =const несколько увеличивается. Характеристики имеют вид прямых, значит не зависит от .

4

Эти характеристики отображают сравнения и на величину тока . Из этих характеристик видно, что оказывает незначительное влияние на этот ток. Влияние осуществляется только за счет изменения ширины Б и отображается незначительным наклоном характеристики к оси абсцисс, т.к. при увеличении модуля и при напряжения уменьшается. оказывает значительное влияние на ток, поскольку оно изменяет величину потенциального барьера в эмиттерном переходе. Увеличение расстояния между линиями при одинаковом возрастании происходит в соответствии с законом роста от (по экспоненте).

Статические характеристики в схеме с общим эмиттером.

1 ;

Эти характеристики сходны с входными характеристиками в схеме с общей базой. Но ток << и его приращение на единицу значительно меньше, поэтому масштаб по оси токов выбирают много крупнее, чем масштаб в схеме с общей базой. При =0 =0, а =

С увеличением при ток уменьшается, т.к. уменьшается ширина базы, а значит, уменьшается вероятность рекомбинации (дырок) неосновных носителей.

2 выходные характеристики ;

Выходные характеристики отличаются от характеристик в схеме с общей базой начальным участком при малых . Из семейства характеристик и схемы включения БТ с ОЭ видно, что на Б и К подается отрицательное относительно Э напряжение. Чтобы коллекторный переход был закрыт (активный режим) необходимо чтобы потенциал коллектора был отрицательнее потенциала базы > . Активному режиму будет соответствовать та часть выходной характеристики, которая находится в области, где выполняется это неравенство.

При < коллекторный переход открыт, транзистор в режиме насыщения и из коллектора идет диффузионный поток дырок, который компенсирует поток дырок, идущий из эмиттер в коллектор через базу.

Ток быстро падает при уменьшении . В активном режиме в зависимости имеет больший наклон к оси абсцисс. Для поддержания требуется большее изменение , чем для сохранения в схеме с ОБ. В данной схеме при =0 возникает ток , который больше тока . Объясняется это тем, что через коллекторный переход при протекает не только тепловой ток К, но и электронная составляющая тока Э. Ток коллектора равен только при отрицательном .

Неравное расстояние между соседними кривыми при равном приращении объясняется увеличением рекомбинации неосновных носителей в Б с возрастанием уровня инжекции из Э.

При больших отрицательных в коллекторном переходе развивается пробой, причем допустимое значение в 2;3 раза меньше допустимого . В случае высокой удельной проводимости Б возникает лавинный пробой, но если низкое значение удельной проводимости возникает прокол(области ЗС эмиттерного и коллекторного переходов перекрывается, ток коллектора увеличивается)

3 Характеристики передачи тока ;

Характеристики передачи тока в схеме с ОЭ составляют с осью абсцисс значительно меньший угол, т.к. масштаб по оси значительно больше, чем с ОБ ( ). Отклонение характеристики от прямолинейного закона при увеличении объясняется уменьшении времени жизни неосновных носителей при росте уровня инжекции. Смещение характеристик в зависимости от напряжения и это является следствием уменьшения ширины базы и увеличения

4 Характеристики обратной связи ;

Эти характеристики отличаются от аналогичной схемы углом наклона из-за уменьшения при увеличении за счет уменьшения ширины базы в отличии от характерного роста при возрастании в схеме с общей базой.

Статические характеристики в схеме с общим коллектором

1

На семействе этих характеристик имеется небольшой прямолинейный участок при малых токах базы. При данной схеме включения и на эмиттер и на базу подаются положительные относительно коллектора напряжения. Эмиттерный переход открыт, если < . В транзисторе появляется ток , который возрастает с уменьшением напряжения , т.е. с увеличением прямого смещения на Э переходе.

2

Выходные характеристики аналогичны выходным характеристикам с ОЭ, т.к. выходные токи примерно равны, а аргументами и параметрами служат одни и те же величины.

3

По той же причине, что и раньше эти характеристики соответствуют схеме с общим эмиттером.

4

Изменение напряжения на базу или на эмиттере одинаково влияет на величину смещения эмиттерного перехода, т.е. на ток и на ток .

Транзистор как ЧП

Транзистор БТ можно представить в виде ЧП, характеризуемого входным и выходным токами и напряжением, т.к. он всегда включен с одним общим электродом. Токи и напряжение связаны между собой нелинейными функциональными зависимостями. Для этих зависимостей любые 2 из 4 величин могут быть выбраны в качестве аргументов. На основании этого можно составить систему уравнений:

; - независимые величины

*

**

***

Если ЧП линейный, то эти соотношения будут линейными, но транзистор - элемент нелинейный. Но если для нелинейного ЧП рассматривать малые амплитуды напряжений и токов или их малые приращения, то в некоторых пределах изменения этих величин участок нелинейной зависимости можно считать линейным. Такие параметры называются малосигнальными

Системы параметров

1 система у-параметров

Для БТ с учетом условия использования малых амплитуд можно использовать линейные зависимости. В качестве независимых переменных выбирают и :

*См

2 система z -параметров

*Ом

3 система h-параметров

и являются безразмерными коэффициентами, имеет размерность сопротивления, а -проводимости.

Физический смысл коэффициентов

Физический смысл коэффициентов в системе h-параметров можно уяснить, поочерёдно полагая в этих уравнениях

;

;

Величина, обратная коэффициенту передачи по напряжению

;

;

Система уравнений с h-параметром содержит в качестве коэффициентов наиболее важные величины, характеризующие транзистор в схеме как прибор, управляющих током.

Режимы, при которых можно осуществить измерение параметров практически легко осуществить. В этой системе помимо параметров, характеризующих входное и выходное сопротивление, есть коэффициент передачи по току и напряжению. Вышеперечисленные достоинства системы h-параметров предопределяют её широкое использование.

Связь между системами параметров

Параметры транзисторы

1 параметры по постоянному току

2 параметры (движения) в режиме малого сигнала

3 параметры большого сигнала

1. - это величины неуправляемых токов в транзисторе, т.е. токов через эмиттерный и коллекторный переходы, которые смещены в обратном направлении

Эти параметры определяют температуру нестабильных транзисторов и их учитывают при всех расчетах схем на транзисторах.

а) обратный ток , через переход коллектор- база, при некотором заданном напряжении на этом переходе и в режиме холостого хода со стороны эмиттера.

б) - это обратный ток эмиттерного перехода при некотором заданном напряжении на этом переходе и в режиме холостого хода со стороны эмиттера.

в) начальный ток ( ) коллектора при заданном напряжении на коллекторе и в режиме короткого замыкания в цепи эмиттер – база.

г) начальный ток в цепи эмиттера – это ток при инверсном включении транзистора и в режиме короткого замыкания в цепи коллектор – база.

д) ток запертого транзистора

е) ток коллектора при заданном напряжении на эмиттере и коллекторе; и обратно смещенном эмиттерном переходе

2. используются при расчете и конструировании усилительной схемы или устройств, работающих при низких частотах

Малый сигнал - это такое (синусоидальное) напряжение, величина амплитуды которого значительно меньше постоянного напряжения смещенния на электродах транзистора

Параметры БТ в схеме с ОБ

Входные параметры:

• =

• =

• 

В активном режиме относительно малая величина, - большая величина (в схеме с общей базой) не велико.

Выходные параметры:

• =

• =

• при = const

Выходная проводимость очень мала 2* …-2* См будет велико.

С физической точки зрения большую величину можно объяснить тем, что это сопротивление обратного смещения p-n перехода

• коэффициент обратной связи по напряжению

при = const

Этот параметр определяется сравнением воздействия входного и выходного напряжения на входной ток, обычно его величина

• коэффициент усиления по току

при (низок)

• коэффициент усиления по напряжению

(высок)

• коэффициент усиления по мощности

Параметры БТ в схеме ОЭ

Входные параметры:

• =

• =

• = const

Физический смысл эмиттера такой же как ОБ, но его величина гораздо больше т.к. в знаменателе стоит , которая значительно больше . Эта величина равна 100 кОм на начальном участке, и при =1мА равна 1кОм

Выходные параметры:

• =

• =

• 

Величина вследствие большой зависимости тока К от примерно в 10 раз больше в 10 раз меньше

Коэффициент обратной связи по напряжению

= const

по смыслу не отличается

Коэффициент усиления по току

,

это важнейший параметр, определяющие усилительные свойства в схеме с ОЭ, зависит от тока базы и эта зависимость может быть существенной.

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по мощности

Данная схема обладает максимальным усилением коэффициент по мощности

Параметры БТ в схеме с ОК

Входные параметры:

• =

• =

• = const

Выходные параметры:

• =

• =

• = const

Величина < , т.к. > ; может быть сотни Ом

Коэффициент связи по напряжению

Эта величина в данной схеме будет равна 1

Коэффициент усиления по току

Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по мощности

Режим большого сигнала

-это режим работы транзистора при воздействии на него импульсного напряжения. При этом амплитуда импульсов на столько велика, что БТ при отсутствии импульса работает в режиме отсечки, во время нарастания напряжения на входе переходит в активный режим, а затем в режим насыщения.

Параметры

• интегральный коэффициент усиления по току

• статическая крутизна характеристики прямой передачи

• Напряжение между К и Э в режиме насыщения

• Напряжение между Б и Э в режиме насыщения

• Время рассасывания -это интервал времени в течении которого после подачи запирающих импульсов напряжение на К при включении по схеме с ОБ возрастает до величины 0.1

Особенности транзисторов на ВЧ при малых сигналах

Рассматривали работу транзистора в статическом режиме при изменении тока и напряжения. При этом мы не рассматривали переходные процессы, которые происходят при изменении той или иной величины. Наиболее наглядной инерционность проявляется при рассмотрении движений носителей в базе, время которого зависит от ширины базы и коэффициента диффузии.

Инерционность процесса сказывается на параметрах транзистора в случае воздействия напряжения ВЧ, период которых меньше , либо при работе в режиме, когда время нарастаний и спада напряжения будет очень мало.

Сильное влияние при работе на ВЧ будет оказывать наличие емкостей p-n переходов, т.к. сопротивление p-n в этом случае с ростом частоты будет уменьшаться.

Эквивалентная схема транзистора

- сопротивление эмиттерного перехода включенного в прямом направлении

- емкость эмиттерного перехода

-сопротивление области базы, базовому току (100Ом-1кОм)

-сопротивление коллекторного p-n перехода, включенного в обратном направлении (100кОм)

-емкость коллектора (Барьерная емкость)

- генератор тока, показывающий, что весь ток со входа будет переходить на выход

> на порядок

уменьшается быстрее, чем при повышении частоты.

Рассмотрим, какая из емкостей оказывает более сильное влияние на работу транзистора на ВЧ.

Ёмкость C_э, имеющая величину на порядок больше C_к, шунтирует очень маленькое сопротивление эмиттерного перехода. Частота w, на которой сопротивление C_э будет меньше R_э должна быть очень высокой. С_к шунтирует большое сопротивление (до МОм) обратно смещённого коллекторного перехода. В связи с этим частота, на которой будет проявляться шунтирование R_к, т.е. сопротивление C_к меньше R_к, более низкая, чем в первом случае. Поэтому при анализе работы транзистора на ВЧ учитывается влияние только С _к.

На НЧ практически весь ток будет протекать через нагрузку, т.к. R_к велико и X_{С к} тоже велико.

На ВЧ X_С мало и часть тока будет перераспределяться с цепи, состоящей из R_н + R_Б, в цепь, состоящую из С _к. Ток в нагрузке уменьшается, уменьшается коэффициент усиления по току и напряжению, а следовательно, и по мощности.

Коэффициент передачи тока в схеме с общей базой ВЧ и при обратном импульсном сигнале

Рассмотрим в начале процесс восстановления тока и при включении напряжения , предположив, что увеличивается скачком, и т.к. процесс в эмиттерном переходе практически безинерционны и ток эмиттера увеличивается скачком.

Наличие интервала времени в течение которого происходят нарастания объясняется тем, что дырки диффундирующие в базу имеют свои тепловые скорости и в начале только часть дырок подходят к коллекторному переходу, а затем их количество увеличивается и становится постоянным в течение действия определенного на входе,

В это время будет изменяться коэффициент по току:

г де - коэффициент передачи по току на низкой частоте

Инерционность движение дырок в базе сказывается и в случае работы транзистора в режиме усиления синусоидального сигнала ВЧ. Если время движения дырок от эмиттерного перехода к коллекторному в p-n-p транзисторе сравнимо с периодом усиления сигнала, то закон изменения концентрации дырок в Б инжектированных Э не будет убывать от Э к К.

Если в какой-то момент времени амплитуда переменного сигнала будет увеличивать постоянное напряжение задающее прямое смещение на эмиттерном переходе , то поток дырок увеличивается ,т.к. высота барьера уменьшается.

Пусть в течении полупериода дырки дойдут до середины базы, полярность синусоидального сигнала изменится, величина прямого смещения уменьшится, поток инжектированных из Э дырок уменьшится.

В следствии этого в базе на ряду с диффузионным движением дырок по направлению к коллекторному переходу возникает диффузионное движение электронов, это приведет к уменьшению и к уменьшению коэффициента . Инерционность процессов в базе приводит к фазовому сдвигу между токами и становится комплексной величиной.

Предельная частота

- это такая частота , на которой модуль коэффициента передачи по току уменьшается в раз или 3дБ по сравнению на низкой частоте.

Это из рассмотренного ранее видно, что частотные и импульсные свойства транзистора могут быть улучшены за счет уменьшения ширины базы и увеличения .

, можно увеличить за счет увеличения

Коэффициент передачи в схеме с помощью схеме с общим эмиттером более существенна зависит от частоты чем . Причина заключается в более большом различии фазовых сдвигов между входными и выходными токами.

Угол более сильно зависит от частоты.

,

- это частота при которой величина уменьшается в раз.

Величина <<

Постоянная времени установления тока в коллекторной цепи больше

в схеме с ОЭ не зависит от ширины Б. И для её увеличения необходимо использовать материалы с высокой подвижностью носителей.

Для схемы с ОК зависимость коэффициента передачи по току приблизительно такая же.

Максимальная частота генерации.

- это частота на которой транзистор еще может служить усилителем и генератором уменьшится до единицы

- коэффициент

- та часть объемного сопротивления базы, через которую протекает ток заряда емкости

- постоянная времени цепи обратной связи

Учитывая, что можно получить зависимость частоты от физических параметров:

увеличивается при уменьшении ширины базы, , и увеличении .

Фактор качества транзистора:

Полевые транзисторы

-это отдельный класс электронных приборов, которые имеют в основе своей работы определенные физические эффекты отличные от эффектов происходящих в БТ транзисторах. Характерной особенностью является ток , создаваемый носителями одного заряда: дырки или электроны.

Можно разделить:

• Транзисторы, управляемые с помощью p-n перехода или барьера Шотки.

• Транзисторы с изолированным затвором:

-- МОП – транзисторы

-- МДП – транзисторы

Транзисторы с p-n переходом.

и – исток (эмиттер)

з - затвор (база)

с – сток (коллектор)

1 - область истока

2 – область стока

3 – область затвора

4 – диффузионный (эпитаксиальный) верхний слой, в виде кармана

5 – подложка

6 – металлический контакт, нанесенный на тыльную часть подложки

В подложке создается диффузией либо эпитаксией специальная легированная область, называемая карман. Затем в этой области последующей операцией диффундирования образуют более высоколегированную область того же типа под истоком и стоком и более высоколегированную область противоположного типа, чем карман, под затвором.

Между истоком и стоком образуется канал проводимости. Он имеет определенную толщину 1,3 мкм и длину 10 мкм. Тип проводимости канала определяется типом проводимости кармана.

На всех электродах В ПТ, управляемых p-n переходом, подложка обычно соединена с затвором и изменение проводимости канала между истоком и стоком осуществляется под действием напряжения, приложенного к p-n переходам верхнего низкоомного затвора П1 и нижнего высокоомного перехода П2.

При отсутствии напряжения на электродах транзистора образуются запирающие слои одинаковой толщины по всей поверхности канала. В ПТ существует между истоком и стоком канал n- типа. Толщины обедненных слоев p-n перехода имеют минимальные величины, определяемые контактной разностью потенциалов между областями n и p- типов проводимости.

При приложении напряжения к стоку и при напряжении на затворе по каналу протечет ток, созданный основными носителями зарядов (дырками). Ток стока растет пропорционально напряжению. Увеличение напряжения ведет к увеличению потенциалов между каналом и затвором. А это приводит к увеличению толщины ЗС p-n переходов.

Т.к. канал имеет распределение сопротивлений, то обратный потенциал у стока будет больше, чем у истока, и поэтому толщины ЗС будут max у стока, а min у истока. При некотором обедненные слои смыкаются вблизи стока и наступает момент, называемый перекрытием канала соответствующий напряжению в истоке – напряжение насыщения .

Дальнейшее увеличение не приводит к росту . При этом увеличивается лишь напряженность поля в ЗС, и точка смыкания будет сдвигаться в сторону истока. При работе транзистора в режиме насыщения вблизи стока существует узкая проводящая область, в которой плотность тока и электрическое поле велики.

Явление переноса в этой области от точки смыкания ЗС до стока подобна инжекции носителей зарядов Э БТ в обедненную область обратно смещению коллекторного перехода. Запирающее напряжение увеличивает начальную толщину обедненных слоев, уменьшая исходную проводимость сечения канала, поэтому при соответственном действии напряжения затвора и истока перекрытие канала и насыщение наступает при различных напряжениях на стоке. Чем больше , тем меньше , при котором наступает перекрытие канала.

На семействе характеристик можно выделить:

• Линейная область, в которой изменения тока стока пропорционально изменениям

• Область насыщения, в которой ток стока слабо зависит

• Область пробоя, где ток стока резко возрастает при малом изменении

Проходные характеристики ПТ.

Это зависимость тока стока от .

ПТ, управляемый p-n переходом, работающий в режиме обеднения канала носителями зарядов при изменении напряжения от 0 до .

ПТ с изолированным затвором.

Это МОП и МДП - транзисторы. Бывают двух типов:

- с индуцированным каналом

- со встроенным каналом

Структура ПТ с изолированным затвором:

1. область истока

2. подложка

3. область стока

4. область канала

5. диэлектрик

6. металлизация затвора

7. металлизация тыльной стороны подложки

Канал может быть встроенным или индуцированным. Если он встроен, то ток может протекать между истоком и стоком при нулевом напряжении на затворе. Если он индуцированный, то ток между истоком и стоком может протекать, только если к затвору приложенное напряжение больше .

Подложка из чистого или слабо легированного Si. В ней диффузией создаются сильно легированные области противоположной полярности, которые будут являться областями истока и стока. Между ними создается слой диэлектрика на поверхности толщиной 0,15 – 0,3 мкм.

Для этой цели используются любые диэлектрики, обладающие необходимыми электро – физическими параметрами. Наибольшее применение нашли два типа диэлектриков SiO2 , нитрид – кремния. Сверху этот слой покрывают слоем металла, который является затвором.

При приложении напряжения к структуре металл – диэлектрик – полупроводник из-за большой разности сопротивления между диэлектриком и полупроводником электрическое поле будет существовать только в диэлектрике. Поэтому в полупроводнике вблизи границы раздела образуется поверхностный заряд, величина которого зависит от величины и полярности напряжения.

Принцип работы ПТ с индуцированным каналом.

При соединении полупроводника n- типа с диэлектриком под затвором для образования канала с дырочной проводимостью необходимо приложить к затвору « - » . Оно нужно:

• для компенсации положительного заряда сосредоточенного на границе раздела диэлектрик – полупроводник

• происходит оттеснение основных носителей зарядов (электронов) из приповерхностной зоны.

Увеличение « - » приводит к тому, что концентрация ионов примесей будет недостаточной для компенсации электрического поля в диэлектрике. В результате происходит вытеснение собственных электронов и происходит инверсия типов проводимости в поверхностном слое , т.е. образуется p – типа. Образовавшийся канал между стоком и истоком при приложении соответствующего напряжения будет пропускать ток канала работающего в режиме обогащения

Напряжение на затворе, при котором проявляется проводимость канала, называется пороговым. Без подачи напряжения на затвор сопротивление сток-исток в таком транзисторе очень велико и соответствует сопротивлению двух встречно включенных диодов при нулевом смещении. При через образованный слой, потечет ток, если приложить напряжение между стоком и истоком.

Как и у ПТ, управляемого p-n переходом, увеличение напряжения сток-исток приводит сначала к линейному росту тока, а затем перекрытию канала у истока и насыщению тока канала. При дальнейшем увеличении точка перекрытия канала будет смещена к истоку. Ток стока при этом будет постоянным. Механизм переноса носителей через область такой же как и у БТ, включенного по схеме с ОБ из коллекторного перехода.

ПТ со встроенным каналом.

В нем при =0 существует проводимость поверхности канала. При подключении на затвор положительного напряжения электрическое поле в диэлектрике будет подтягивать к поверхности полупроводника p-типа электроны, которого увеличивают первоначальную проводимость канала.

При подаче отрицательного напряжения на затвор электрическое поле будет уменьшать проводимость канала.