лекции прохоров

(штрихові лінії) одержуємо IК ≈ 0,5 IК макс. Таким чином у разі дії малого високочастотного сигналу, коли його період буде менше ніж 2π·τКЕ, коефіцієнт передачі буде менше одиниці.

Розрахунок часу затримки τКЕ заснований на розділенні структури транзистора на декілька областей, відповідних послідовним етапам руху носіїв від емітера до колектора. В цьому випадку час затримки:

де τЕп, τКп - постійні часу емітерного і колектора переходів;

tпрБ, tпрК - середній час прольоту дірок (електронів) через базу і перехід колектора.

71

від струму емітера. В області малих струмів гранична частота збільшується із зростанням струму, що обумовлене зменшенням диференціального опору емітерного переходу. В області великих струмів із зростанням струму збільшуються товщина бази і час прольоту дірок (електронів) через базу, тому гранична частота зменшується.

Найбільшу частоту, при якій транзистор здатний генерувати коливання в схемі автогенератора, називають максимальною частотою генерації fмакс. Максимальна частота генерації пов'язана з граничною частотою співвідношенням:

3.9Робота транзистора в імпульсному режимі

Імпульсний режим характерний для роботи транзистора в цифрових логічних і запам'ятовуючих схемах і широко використовується в ЕОМ, пристроях цифрової автоматики, в схемах генераторів, перетворювачів імпульсів та ін. Для цих схем типові перемикання транзистора за короткий час із стану з високою напругою колектора і малим струмом в стан з малою напругою і

72

При подачі на вхід негати-

Рисунок 3.20

вної напруги транзистор знаходиться в режимі відсічі і струм

колектора, що протікає через резистор R2, практично дорівнює нулю, а напруга на виході дорівнює напрузі джерела живлення ЕК, що відповідає закритому станові ключа. Якщо на вході діє досить висока позитивна напруга ЕБ1, то у колі бази транзистора тече струм, який дорівнює IБ1=( ЕБ1-UБЕ)/ R1, де UБЕ – пряма напруга база-емітер. При цьому в колекторному колі протікає струм IК, який створює падіння напруги на резисторі R2. Напруга на виході зменшується на величину IК R2, що відповідає відкритому станові ключа.

Вихідну напругу у відкритому стані можна визначити з характеристики

Рисунок 3.21

характеристики

73

транзистора, відповідній режиму насичення. Тоді Uвих= UКЕнас, де UКЕнас - напруга насичення. При цьому повинна виконуватися умова існування режиму насичення, тобто IБ1>IКнас /β, де IКнас - струм колектора в режимі насичення при

IКнас=ЕК /RК.

Розглянемо перехідні процеси в схемі ключа, коли на її вхід подається імпульс напруги. На рис.3.22 приведені відповідні тимчасові діаграми, де процеси, що відбуваються в схемі можна розбити на ряд тимчасових інтервалів.

Час затримки. При t < t1 Uвх= -ЕБ2, так що транзистор знаходиться в режимі відсічення, базовий і колекторний струми зневажливо малі, напруга на

Напруга UБЕ не може змінитися стрибком із-за впливу ємності між виводом бази і нульовою шиною; ця ємність складається з бар'єрних ємностей емітерного і колекторного переходів. Оскільки протягом часу затримки напруга на колекторі залишається постійною, то напруги на емітерному і колекторному переходах змінюються на однакове значення, тому їх бар'єрні ємності підсумовуються.

У момент часу t2 (рис.3.22 в) напруга UБЕ досягає порогового значення UБЕ пор, при якому починається інтенсивна інжекція електронів з емітера в базу. При цьому виявляється велика дифузійна ємність СЕдиф, тому зростання напруги UБЕ сповільнюється. В колі колектора з'являється струм (рис.3.22 д), що створює падіння напруги на резисторі R2, тому вихідна напруга починає знижуватися (рис.3.22 е).

Інтервал часу між моментом наростання фронту вхідного імпульсу струму до значення, відповідного 10% його амплітуди, і моментом наростання фронту вихідного імпульсу струму до значення, відповідного 10% його амплітуди, на-

зивають часом затримки tзт.

Час наростання. При t > t2 струм колектора наростає до IК нас, а вихі74

дна напруга зменшується до значення UКЕ нас. Інтервал часу між моментом наростання фронту вихідного імпульсу струму від значення, відповідного 10% його амплітуди, до значення, відповідного 90% його амплітуди, називають ча-

Рисунок 3.22

75

Протягом стадії наростання струму колектора транзистор знаходиться в активному режимі. Час наростання визначається інерційністю транзистора - це час прольоту електронів через область бази і колекторного переходу і час перезаряду бар'єрної ємності колекторного переходу .

Сумарний час tвкл= tзт+tнр називається часом включення. Для зменшення часу включення необхідно зменшувати ємність CЕбар , СКбар, Сн, сумарний час прольоту електронів через область бази і колекторного переходу і збільшувати

β.

Починаючи з моменту часу t2 (рис.3.22 г) в базі накопичується заряд електронів QБ. У момент часу t3 він досягає значення QБа, характерного для активного режиму при IК =0,9 · IК нас . При t > t3 транзистор переходить в режим насичення, а заряд QБ прагне значення QБ нас , характерного для цього режиму. Одночасно при t > t3 відбувається накопичення заряду QК дірок в колекторі, цей заряд прагне значення QК нас , відповідного сталого режиму насичення. Таким чином, в транзисторі накопичується надлишковий (в порівнянні з активним режимом) заряд неосновних носіїв Qнадл=QКнас+QБнас-QБа. На цьому етапі (t > t3) струм колектора і вихідна напруга змінюються трохи.

Час розсмоктування. У момент часу t = t4, коли вхідна напруга змінюється від значення ЕБ1 до -ЕБ2, починається процес включення. В колі бази з'являється негативний струм –IБ2 ≈– ЕБ2/R1 при ЕБ2 >>UБЕ. З цим струмом пов'язано стрибкоподібне пониження напруги на базі, обумовлене зміною напруги на опорі бази δUБЕ. Великий негативний базовий струм утворюється рухом електронів, накопичених в базі в режимі насичення. Цей струм має ту ж природу, що і зворотний струм р-n-переходу при виключенні. На емітерному і колекторному переходах залишаються прямі напруги до тих пір, поки концентрація надмірних неосновних носіїв у меж переходів в базі і колекторі не зменшиться до нуля. Це явище аналогічно збереженню прямої напруги на р-n-переході при перемиканні з прямого струму на зворотний. Таким чином, на цій стадії на базі зберігається позитивна напруга, струм колектора залишається постійним, рівним IК нас, а вихідна напруга - низькою, рівною UКЕ нас.

76

постійного струму колектора IК max. Перевищення цього значення при струмових перевантаженнях приводить до поступового руйнування конструкції транзистора - як правило, в місці контакту вихідного електроду з кристалом напівпровідника. Крім того, такі перевантаження викликають необоротне зниження параметрів транзистора - раніше всього коефіцієнта передачі струму.

Вертикальний відрізок СD, обмежуючий ОБР по напрузі, визначає максимально допустиме значення напруги колектор - емітер UКЕо. Воно задається при розімкненому колу бази, тобто в самих небезпечних умовах. Навіть незначне і короткочасне перевищення значення UКЕо приводить до руйнування транзистора.

Відрізок ВС характеризує обмеження електричного режиму приладу по потужності: значення потужності, що виділяється в приладі, не повинні виходити за межу ВС ОБР. Це обмеження зв'язано з тим, що температура структури приладу не повинна перевищувати максимально допустимого значення, тобто електрична потужність, що виділяється в приладі, не повинна перевищувати можливостей тепловідводуотвода. Межа ОБР по максимальній потужності в логарифмічному масштабі - відрізок ВС - є прямою лінією під кутом 450 до осей координат.

Для більшості напівпровідникових приладів ОБР обмежується додатково відрізком С'D' і зменшується. Це обмеження пов'язано з дією електротеплового зв'язку (так звана "теплова нестабільність"): потужність, що виділяється в приладі, і тепловий опір збільшуються із зростанням температури, тобто нагрів приладу росте, а тепловідвід погіршується; в результаті температура структури або обмежується на певному рівні (більшому, ніж у відсутності зворотного зв'я- зку) або росте необмежено. Вихід робочої точки за ОБР приводить, як правило, до необоротного погіршення параметрів приладу.

При скороченні тривалості протікання струму tі через транзистор - імпульсних режимах - ОБР розширяється: максимально допустиме значення імпульсного струму збільшується до (1,5-2)·IК max , збільшується і область, обмежувана

3.11 Різновиди транзисторів і їх параметри 3.11.1 Класифікація транзисторів

По допустимій розсіюваній потужності:

– малопотужні - розсіювана потужність менше 1 Вт;

–потужні - розсіювана потужність більше 1 Вт. По граничній частоті:

–низькочастотні - з граничною частотою нижче 30 Мгц;

–високочастотні - з граничною частотою, що лежить в межах 30 - 300

Мгц;

- надвисокочастотні - з граничною частотою вище 300 Мгц;

За призначенням: універсальні, підсилювальні, генераторні, перемикаючі, імпульсні і ін.

По фізичній структурі і технології виготовлення: епітаксіально-планарні,

планарні, меза-планарні, дифузійно-сплавні і ін.

По конструктивному оформленню: корпусні і безкорпусні.

3.11.2 Системи довідкових параметрів

Параметри транзисторів, що приводяться в довідниках, діляться на електричні і граничні експлуатаційні.

До електричних параметрів відносяться:

–гранична частота fгр призаданих напрузі UКЕ і струмі емітера;

–статичний коефіцієнт передачі струму в схемі ЗЕ h21Е при заданих напрузі UКЕ і струмі IЕ;

–зворотні струми переходів IКБ0 , IЭБ0 при заданих напругах UКЕ і UЕБ;

–зворотний струм переходу колектора IКЕR при заданих напрузі UКЕ і опорі RБЕ резистора, включеного між базою і емітером;

–ємності переходів СЕ , СК при заданих зворотних напругах.