7.7.4. Лавинный транзистор
Конструктивно
лавинный транзистор аналогичен
усилительному или импульсному транзистору.
Отличие заключается в режиме работы.
Напряжение коллектора лавинного
транзистора находится в интервале между
напряжением
и
.
Принцип действия основан на инжекции
неосновных носителей заряда в базу,
коллектировании дошедших носителей и
лавинном размножении носителей в ОПЗ
коллекторного перехода, приводящим к
избытку основных носителей в базе из-за
увеличения коэффициента передачи с
ростом тока коллектора, который
нейтрализует часть ОПЗ коллектора и
приводит к уменьшению напряжения на
коллекторе, т.е. к появлению участка
отрицательного сопротивления на выходной
ВАХ транзистора. Необходимым условием
для реализации ВАХ со статическим
отрицательным сопротивлением является
рост коэффициента передачи тока базы
с увеличением тока коллектора
.
ВАХ
лавинного транзистора имеет два
устойчивых состояния. В закрытом
состоянии протекает неуправляемый ток
при
. В открытом состоянии коллекторный ток
ограничен сопротивлением нагрузки при
напряжении на коллекторе,
(рисунок
7.56).
Рисунок 7.56 - ВАХ лавинного транзистора Рисунок 7.57 - Схема формирователя импульсов
(а) и выходное напряжение (б)
Как активный элемент с отрицательным дифференциальным сопротивлением S-типа лавинный транзистор может быть использован в схемах релаксационных генераторов, элементов памяти, пороговых устройств. Однако основное назначение лавинного транзистора – формирователь достаточно мощных импульсов тока с короткими передними фронтами (рисунок 7.57).
Статические
параметры ВАХ
в схеме ключа (рисунок
7.57) определяются
не только внутренними параметрами
транзистора, но и сопротивлением шунта
.
С уменьшением сопротивления
подъем
с ростом тока сдвигается в сторону
больших значений, что увеличивает
.
ВАХ лавинного транзистора в неявном
виде может быть представлена в виде:
,
где
.
Откуда следует,
.
(7.73)
Так как
является возрастающей функцией тока,
то выражение (7.73) имеет экстремальный
вид. Максимальное значение
может быть определено из условия
экстремума
.
Для упрощения анализа используем
производную от тока.
.
Условие включения принимает вид:
,
(7.74)
где
– дифференциальный коэффициент передачи
тока эмиттера.
Из (7.74) следует:
.
В
проводящем состоянии,
,
тогда из (7.73) напряжение
имеет вид:
.
(7.75)
Выражение (7.75) совпадает со значением максимального напряжения коллектора в схеме с ОЭ (7.54).
Динамический диапазон по напряжению,
.
Быстродействие
импульсного ключа на лавинном транзисторе
определяется следующими причинами:
зарядная емкость коллектора минимальна;
отсутствуют эффекты накопления и
рассасывания избыточного заряда (ток
в открытом состоянии поддерживается
лавинным размножением в коллекторном
переходе); время задержки, определяемое
временем перезаряда емкости эмиттера,
мало из-за малой величины изменения
прямого напряжения эмиттера
;
длительность переднего фронта определяется
временем регенеративного процесса
включения. В результате этих особенностей
длительность переднего фронта импульса
слабо зависит от формы входного тока и
составляет десятки и сотни пикосекунд.
Температурная
стабильность ключа на кремниевом
лавинном транзисторе обеспечивается
компенсацией роста
увеличением
напряжения лавинного пробоя
.
В результате напряжение
поддерживается постоянным в широком
температурном диапазоне.