книги из ГПНТБ / Дьяконов В.П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах

разброс напряжений пробоя у диффузионно-сплавных транзисторов П416Б и П414Б не превышает ±10% для 80% транзисторов. Незначительный отбор может резко уменьшить разброс параметров этих транзисторов в ла­ винном режиме.

Сравнительно мал и разброс параметров импульсов, генерируемых диффузионно-сплавиыми транзисторами в типовой схеме релаксационного генератора '(рнс. 3.5, 3.6, 3.7).

л/.

шт

30

20

10

. О

Рнс. 3.5. Гистограммы разброса амплитуд (а) и времен нарастания (б"} им­

20

У отечественных лавинных транзисторов разброс па­ раметров прежде всего обусловлен разбросом удельного сопротивления эпитаксиальной пленки, •которое может

меняться от Ä 'I до 3 Ом-см3 и пока трудно контроли­ руется, Заметный разброр параметров специальных ла?

100

винных транзисторов вызывает необходимость в разбив­ ке транзисторов на несколько групп. В настоящее время лавинные транзисторы ГТ338 делятся на три группы (А, Б и В) '(табл. 3.1), в пределах каждой из которых разброс 'параметров несколько меньший, чем показан­ ный на рис. 3.6 и 3.7. Приведенные данные относятся к этапу освоения производства и по мере совершенство­ вания технологии разброс параметров специальных ти­ пов лавинных транзисторов будет заметно уменьшен.

Исследования вторичного пробоя сплавных и диффу­ зионных транзисторов [17—19, 22] показали, что у пос­ ледних он при малых длительностях носит нетепловой характер и объясняется дополнительной инжекцией со стороны неидеального омического контакта коллектора. Реальная структура диффузионно-сплавного транзисто­ ра является структурой р-п-р-т и близка по своим свой­ ствам к структуре р-п-р-п тиристора. Как и у последних, переключение в область малых напряжений (вторичный пробой) происходит при выполнении условия

ского контакта коллектора, растущая с ростом тока кол­ лектора. Для транзисторов, у которых отсутствует вто­ ричный пробой, у т ~ 0 и аЭфф может быть больше едини­ цы только в лавинной области из-за возрастания М. Ес­ ли ут >0, то аЭфф может превысить единицу при любом даже очень малом напряжении на коллекторе, когда М «1. Очевидно, что чем меньше ух = а0 отличается от единицы, тем больше вероятность того, что при ничтож­ ном отклонении ут от нуля возникнет вторичный пробой. Так как коэффициент передачи тока базы равен

то следует ожидать, что с ростом В вероятность вторич­ ного пробоя инжекционного характера будет возрастать

является подтверждением его инжекционного характера (рис. 3.8). Малое остаточное напряжение (рис. 3.9) и по­ ложительное дифференциальное сопротивление в обла­ сти больших токов также согласуются с цнжекционным механизмом вторичного пробоя.

Исследования показали, что инжекционный меха­ н и зм вторичногд пробоя не приводит к разрушению траң-

101

зисториой структуры. Так, анализ некоторых образцов транзисторов, через которые длительное время пропус­ кали ток порядка 0,3—0,5 А, показал, что выход их из строя обусловлен выгоранием тонкого эмиттерного вы­ вода при сохранении исправной самой транзисторной структуры. При этом время развития вторичного пробоя

у диффузионно-сплавных транзисторов мало и доходит до 50 нс, что невозможно при тепловом характере вто­ ричного пробоя.

. При ограничении амплитуды импульсов вторичный пробой диффузионно-сплавных транзисторов не опасен. Fro можно устранить соответствующими технологичес­ кими мерами. У многих типов современных маломощных диффузионных транзисторов он вообще не наблюдается.

Количественные данные по надежности работы тран­ зисторов в лавинном режиме ограничены и имеются не по всем типам транзисторов. Специальные типы лавин­ ных транзисторов имеют высокую надежность.. Так, на­ пример, при исследовании на надежность большой пар­ тии (300 шт.) отечественных лавинных транзисторов ГТ338 в схеме релаксационного генератора в течение 5000 ч работы не было отмечено выходов из строя из-за отказа приборов. ,В [16] отмечено, что японские лавин­ ные транзисторы со сквозным пробоем ECL-1239 при испытании па надежность изменяли свои параметры не более чем на 20% за 6000 ч непрерывной работы.

Достаточно высокой надежностью обладают обычные диффузионно-сплавные транзисторы. Было проведено исследование на надежность 50 транзисторов П416Б, работающих в схеме релаксационного генератора дли­ тельное время. Для выяснения влияния режима работы

102

Зависимость ф7 -(Г) удобіно представить в нормиро­

ванном виде

Точное аналитическое выражение для зависимости од(Г) не найдено, однако 'эксперимент показывает, что для специальных лавинных транзисторов

Для -большинства обычных диффузионных транзисто­ ров зависимость ,(3.17) оказывается также вполне «при­ емлемой вплоть до аначений Гл;40т-50оС. При боль­ шей температуре у некоторых типов транзисторов, на­ пример у П416, наблюдается более резкий ірост В0 (при 7>404-50°С).

Зависимости /ко (Т), До(Г) и В0(Т) для обычных транзисторов приводятся в юпіравочн'ой литературе. Для специальных лавинных транзисторов они показаны на рис. 3.11. Использование этих зависимостей совместно с

уравнениями ВАХ позволяет рассчитать температурную зависимость ВАХ и других параметров транзисторов.

Изменения формы ВАХ при изменении температуры носят разнообразный характер. Поэтому целесообразно рассмотреть основные черты температурного изменения основных параметров ВАХ: напряжения включения U

инапряжения пробоя при обрыве базы f/ß.

Вавтоколебательных релаксационных схемах источ­ ник запирающего смещения в цепи базы, как правило,

105

отсутствует. В этом случае /у = 0 и в соответствии с (1.80)

Щ т ^ и м(т) X

(3.18)

Анализ соотношения (3.18) с учетом іреалшых вели­ чин (параметров транзистора показывает,' что преобла­ дающее значение ів нем имеют зависимости UM{T), Іко(Т), /э0(Г). В области сравнительно низких темпера­ тур (до £S 4 0 ° C ) т о к и Ікб(Т) и LM{T) малы и практиче-

оки Uр (Т) = и ЛІ{Т). Поэтому при Г< (40-f-’50°C) напря­ жение t/р (Т) растете температурой в соответствии с за­ висимостью (3.14).

При Т> (40—50°С) и типовых Дб~1-г-5 кОм прене­ бречь токами Іко(Т) и І0о{Т) уже (нельзя. Из (3.18) вид­ но, что 'при увеличении этих токов уменьшается величи­ на Hg . При большом До это уменьшение может быть

очень резким и даже привести к исчезновению участка ВАХ с дифференциальным отрицательным сопротивле­ нием. Однако при Rö 1—5 кОм (для маломощных гер­ маниевых диффузионных и специальных лавинных тран­ зисторов) Uр падает незначительно. При этом наблю­

дается определенная температурная компенсация увели­ чения и'р(Т) за счет роста UM(T). Оценка величины Дб,

при которой напряжение Uр меняется незначительно,

представляет существенный интерес. Очевидно, что для получения высокой температурной стабильности необхо­ димо выбрать Дб настолько малым, чтобы падение на­ пряжения на нем при увеличении обратных токов пере­ ходов было недостаточным для самооткрывания транзи­ стора при напряжениях, меньших Uр.

Для оценки максимальной величины Дб можно вос­ пользоваться зависимостью тока /к коллектора в обла­ сти малых коллекторных напряжений от сопротивления

Дб [23]

106

где <Xj — инверсный коэффициент 'Передачи тока эмитте­ ра. При Лб= 0

и, как было показано ранее, участок с отрицательным сопротивлением исчезает, если cto = const.

Для определения максимальной величины Re зада­ димся допустимым возрастанием /к за счет самооткры-

П401'—'П403 и других і?бта.-с~1 кОм. Если условие (3.23) выполняется, то напряжение U^ (Т) меняется с темпе­

ратурой незначительно.

Температурная зависимость напряжения Uß опреде­

Рост Uß (Т), обусловленный ростом UM(T) при увели­ чении температуры, частично компенсируется обратным влиянием зависимости а0і(Т). Поэтому напряжение Uß(T) отличается повышенной температурной стабиль­

ностью. У транзисторов П416Б, например, напряжение Uß(T) меняется примерно на 1—3% в диапазоне темпе­

ратур от —60 до +і60°С.

Указанные особенности температурных изменений ВАХ хорошо согласуются с экспериментом. Например, из рис. 3.12 видно, что в диапазоне отрицательных тем­ ператур напряжение t/g растет с ростом Т, тогда как в

107

диапазоне температур от 20°С до 65°С оно почти не ме­ няется. В делом величина колеблется иа 8—10% в диапазоне температур от —80 до + 65СС.

(Пб=4,3 кОм, / у =0). 6 у

Высокая температурная стабильность ВАХ характер­ на и для обычных диффузионных транзисторов, при вы­ полнении условия (3.23) (рис. 3.13).

В тех случаях, когда в цепи базы включен источник запирающего смещения Еб, температурная стабильность

лі іім (Т) (рис. 3.14). В противном случае температур­ ная нестабильность ВАХ при большом Ra может ока­ заться очень существенной. На рис. 3.15 для наглядно­ сти пунктиром показаны ВАХ для Еб = 2 В и 7%= 600кОм, кегда условие (3.25) не выполняется (в этом случае

падает на 10 В при температуре 60°С).

Проведенное рассмотрение показывает, что при пра­ вильном выборе Еб и Rö можно легко обеспечить высо­ кую температурную стабильность ВАХ от—60 до +60°С. Следует отметить, что работоспособность транзисторов в лавинном режиме сохраняется в гораздо более широком диапазоне температур. Например, специальные транзи­ сторы сохраняют работоспособность от — 196 до +110°С. Для «кремниевых лавивдных транзисторов этот диапазон расширяется.

108.

турной стабильностью обла­ дает и Л/’-образная ВАХ лавинного транзистора. Ее изме­

нения в основном обусловлены изменением тока / к0 и па­ дения напряжения на эмиттерном переходе. Последнее

Рис. 3.15. Гистограммы относительного изменения амплитуды импульсов при изменении температуры для релаксационного генератора на лавинных тран­ зисторах ГТ338.

приводит к горизонтальному сдвигу jV-образной ВАХ, который составляете^ мВ на 1°С (см. рис. 1.26).

Таким образом, лавинные транзисторы имеют высо­ кую температурную стабильность параметров. Это яв­ ляется реальной предпосылкой к созданию импульсных устройств на лавинных транзисторах с повышенной тем­ пературной стабильностью и высокой надежностью.

109