Расчет топологии n-p-n транзистора

Рис. 4. Параметры топологии и структуры транзистора

Все транзисторы проектируются исходя из минимального размера min, за исключением многоэмиттерных, для которых следует добиваться минимума коэффициента передачи тока базы в инверсном режиме - B_R (необходимо получить значение B_R < 0.1) этот параметр рассчитывается по формуле [6]:

где: M – число эмиттеров, S_Э=L_Эd_Э, - площадь эмиттера, S_Б=L_БZ_Б, - общая площадь базы,

.

Остальные параметры рассчитываются по следующим формулам:

Ток насыщения:

Коэффициент усиления тока базы в нормальном режиме:

,

где η=2...4 – коэффициент, учитывающий градиент примеси в базе.

Сопротивление базы:

Сопротивление коллектора:

R_C=R_C1+R_C2

Время пролета базы:

Емкости рассчитываются по формуле:

; N=min(N_Д(x_j),N_А(x_j));

- для коллекторного p-n – перехода,

- для эмиттерного p-n – перехода,

C_p-n – ёмкость p-n перехода при нулевом смещении, S_ - общая площадь p-n – перехода, первое слагаемое – плоское дно, второе слагаемое – цилиндрические боковые части, третье слагаемое – сферические угловые части, значения концентраций N_Д,N_А берутся вблизи p-n перехода, V_B - потенциальный барьер p-n – перехода при нулевом смещении.

1.2. Диоды

В качестве диодов в ПИМС используют транзисторные n-p-n структуры в диодном включении. В быстродействующих схемах в качестве диода используют эмиттерный p-n – переход, при этом коллекторный переход закорочен. При необходимости применения диода с более высоким рабочим напряжением (до 60 В) используют коллекторный p-n – переход. Эмиттерную область в такой структуре обычно не формируют, что позволяет существенно уменьшить размеры диода.

На характеристики диода в конкретной схеме существенное влияние могут оказывать паразитные элементы: p-n-p транзистор, емкость диода С_Д и емкость изоляции С_И. В следующей таблице приведены типовые параметры наиболее часто применяемых диодов при _К = 0.5 Омсм, _БП = 200 Ом/□, _Э = 2.2 Ом/□ (поверхностное сопротивление эмиттерной области), S_Э = 300 мкм², S_Б = 2000 мкм².

Параметр	Эмиттерный переход	Коллекторный переход
Напряжение пробоя UДMAX, В	7	55
Обратный ток IДU, нА	1.7	6.7
Время выключения tВЫКЛ, нс	9	55
Емкость диода CД, пФ (при Uобр = 5 В)	0.17	0.23
Емкость изоляции CИ, пФ (при Uобр = 5 В)	0.97	0.97

При расчете диода используются те же исходные данные, что для биполярного транзистора. Топология синтезируется с учетом заданного максимального тока диода I_ДMAX, или исходя из заданного минимального размера. Затем рассчитывают основные параметры: барьерную емкость C_Д(U_Д), максимальное обратное напряжение U_ДMAX, обратный тепловой ток I_Д0, прямое падение напряжения U_Д(I_Д). Порядок расчета диода следующий:

1. Выбор варианта реализации диода

2. Расчет параметров: L_a, L_Д, B_N

3. Синтез топологии – определение размеров: M, Z_Э, R_Б, Z_Б

4. Расчет параметров: C_Д(U_Д), U_Дmax, I_Д0, U_Д(I_Д)

Примечание. Поскольку в ПИМС в качестве диодов используются транзисторы в диодном включении (см. выше), то для этого можно использовать один из спроектированных ранее транзисторов, при расчете схемы с помощью SPICE кодируется такое включение транзистора.