Твердотельная электроника.-3

438

IК

IБ = 0

Рисунок 6.44. Выходные характеристики БТ при IЭ = 0 и

IБ = 0

Переход от режима пробоя при условииIЭ = 0 к условию

IБ = 0 происходит с наличием положительной обратной связи,

так что выходная ВАХ лавинного БТ имеет вид, представленный на рис. 6.45.

IK

U KЭ

Рисунок 6.45. Выходные ВАХ лавинного транзистора

Условно-графическое обозначение лавинного БТ представлено на рис. 6.46.

ЭL К

Б

Рисунок 6.46. Условно-графическое обозначение лавинного транзистора

439

Основное применение лавинных транзисторов– создание мощных генераторов импульсов с крутыми фронтами.

Гетеробиполярный транзистор – это БТ, у которого эмит-

терный переход выполнен в виде гетероперехода или эмиттерный и коллекторный переходы являются гетеропереходами.

Замена эмиттерного гомоперехода на гетеропереход позволяет увеличить эффективность эмиттера до единицы при -воз можности низкого уровня легирования слоя эмиттера и высокого уровня легирования базы.

Использование коллекторного перехода в виде гетероперехода позволяет уменьшить длительность переходных процессов из-за отсутствия инжекции неосновных носителей из коллектора

вбазу в режиме насыщения.

Ив том и другом случаях используется основное отличие гетероперехода от гомоперехода – ток через переход осуществляется носителями одного знака.

6.16. Основные параметры биполярных транзисторов и

их ориентировочные значения

1) коэффициенты передачи эмиттерного и базового тока (дифференциальные коэффициенты передачи, которые в первом приближении считают равными интегральным)

2) дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода

3) обратный ток коллекторного перехода при заданном обратном напряжении

IКБ 0 = IK I Э =0 ; U КБ < 0 (IКБ0 - несколько нА ¸ десятки мА); 4) объемное сопротивление базы R 'б (десятки - сотни Ом);

5) коэффициент внутренней обратной связи по напряжению

( h12 =10-3 ¸10-4 );

440

6) выходная проводимость h22 или дифференциальное сопротивление коллекторного перехода

8) напряжение насыщения коллектор - эмиттер U КЭнас (де-

сятые доли ¸ один вольт); 9) наибольшая мощность рассеяния коллектором

PK max (мВт ¸ десятки Вт);

10)емкость коллекторного перехода Ск (пФ ¸десятки пФ);

11)тепловое сопротивление между коллектором транзисто-

ра и корпусом RT = DT , где DT - перепад температур меж-

P

K max

ду коллекторным переходом и корпусом;

12) предельная частота коэффициента передачи тока fh21

илиwh21 , на которой коэффициент передачи тока h21 уменьшает-

ся до 0,7 своего низкочастотного значения: wh21Э » wb ;

wh21Б » wa (задаются или fh21Б или fh21э ). fh21э - кГц ¸ сотни МГц. Иногда вместо предельной задают граничную частоту f гр

или wгр , как частоту, при которой fh21э ®1; 13) максимальная частота генерации

f max » f гр /(30RБ¢ CKБ ) - это наибольшая частота, при которой

транзистор может работать в схеме автогенератора. На этой частоте коэффициент усиления транзистора по мощности равен единице.

6.17. Маркировка транзисторов

441

Обозначения биполярных транзисторов состоят из шести или семи элементов. Первый элемент – буква, указывающая исходный материал: Г – германий, К – кремний, А – арсенид галлия. Для транзисторов специального назначения первый элемент – цифра: 1

– германий, 2 – кремний. 3 – арсенид галлия. Второй элемент – буква Т. Третий элемент – число, присваемое в зависимости от частоты и мощности транзистора (табл. 6.3). Четвертый, пятый и шестой элементы – цифра, означающая порядковый номер разработки. Шестой (седьмой) элемент – буква, указывающая разновидность типа из данной группы приборов. Например,

ГТ108А, 2Т144А, КТ3102А и т.д.

Классификация БТ проводится 1)по мощности: маломощные – менее 0,3 Вт; средняя мощ-

ность – 0,3 ¸1,5 Вт; мощные – более 1,5 Вт; 2)по граничной частоте: низкочастотные – до 3МГц;

средней частоты - 3 ¸ 30МГц; высокочастотные – более 30 МГц.

Таблица 6.3.

По конструктивно-технологическим признакам БТ делятся на сплавные, диффузионно-сплавные, диффузионно-планарные, эпитаксиально-планарные и мезапланарные.

7. ТИРИСТОРЫ

Тиристор — это полупроводниковый прибор с тремя или более р-n переходами, на вольт-амперной характеристике которого имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Тиристор может находиться в одном из двух устойчивых состояний - закрытом или открытом. В закрытом со-

442

стоянии сопротивление тиристора высоко и он пропускает малый ток. В открытом состоянии сопротивление тиристора мало и через него протекает большой ток.

Типичная структура тиристора - четырехслойная, с чередующими слоями полупроводника р-типа и n-типа: p1-n1-p2-n2

(рис. 7.1,а)

Схематическое устройство тиристора показано на рис. 7,1. Исходным материалом служит кремний n-типа, в кристалле которого создается структура р-п-р-п..

Рис. 7.1. Тиристор:

а – упрощенная структура; б –схематическое устройство;

1 — алюминий; 2 — молибден; 3 — золото-сурьма

Пластину кремния с готовой четырехслойной структурой припаивают к кристаллодержателю. Контактные площадки создают металлизацией, а соединение их с внешними выводами осуществляется через вольфрамовые прокладки. Герметизированный корпус предохраняет кристалл от воздействия -окру жающей среды.

Взависимости от конструктивных особенностей и свойств тиристоры делят на диодные и триодные.

Вдиодных тиристорах различают: тиристоры, запираемые в обратном направлении; проводящие в обратном направлении; симметричные.

Триодные тиристоры подразделяют: на запираемые в обратном направлении с управлением по аноду или катоду; проводящие в обратном направлении с управлением по аноду или катоду; симметричные (двунаправленные). Кроме того, в их составе различают группу выключаемых тиристоров.

444

Рисунок 7.4. Представление тиристора как совокупности двух биполярных транзисторов (б,в)

Рисунок 7.5. ВАХ диодного тиристора

По мере увеличения напряжения на аноде возрастает падение напряжения на эмиттерных переходах1 и 3. Поскольку транзисторы работают в активном режиме, то это приводит к тому, что электроны из эмиттера Э1 инжектируются в базу Б1 и

пройдя ее экстрагируются полем коллекторного перехода Eвх и

накапливаются в базе Б2 (знаки “-“ в Б2). Одновременно инжектированные переходом Э2 дырки накапливаются в базе Б1, создавая положительный объемный заряд (знаки ‘+” в Б1). Возни-

кающие заряды в базах создают электрическое поле EОЗ , вектор которого направлен противоположно вектору электрического поля коллекторного перехода Eвн . Как только поле EОЗ станет

445

больше поля Eвн , коллекторный переход из обратносмещенного

перейдет в прямосмещенный и тиристор откроется. Т.е. в нем установится большой ток, поскольку все три p-n перехода будут смещены в прямом направлении и имеют малое сопротивление (участок 3 на ВАХ). Таким образом, для того чтобы тиристор открылся необходимо, чтобы коллекторный переход из обратносмещенного стал бы прямосмещенным. Это достигается за счет поля объемных зарядов EОЗ , создаваемого электронами и

дырками в базах Б1 и Б2. Если по какой-либо причине это поле станет меньше Eвн , то тиристор закроется, т.е. перейдет в со-

стояние с высоким сопротивлением (участок 1 на ВАХ). Переход из состояния 1 в состояние 3 происходит достаточ-

но быстро из-за наличия положительной обратной связи. Она проявляется в том, что накапливающиеся в базе Б2 электроны увеличивают прямое смещение перехода Э2, что вызывает повышенный уровень инжекции перехода Э2 и увеличение положительного заряда в базе Б1. Это, в свою очередь, увеличивает прямое смещение перехода Э1 и уровня инжекции электронов, которые попадая в базу Б2 вновь увеличивают прямое смещение перехода Э1 и уровня его инжекции. Состояние 2 в тиристоре является неустойчивым и в работе не используется. Процессом накопления носителей зарядов в одной из баз можно управлять с помощью дополнительного электрода к базам Б1 или Б2 в триодном тиристоре, ВАХ которой представлена на рис. 7.6.

I A

I y > I y > I y =0

U A

Рисунок 7.6. ВАХ триодного тиристора

Триодные тиристоры отличаются от диодных тем, что одна из баз имеет внешний вывод, который называют управляющим