книги из ГПНТБ / Маркова В.Н. Малютки ПТ

жения 1 (Uaoр) A f= l; дальнейшее увеличение коэффициента М приведет к тому, что а > 1 . Это вызовет лавинный сквозной пробой. Объемный заряд, достигнув эмиттера, пере­ кроет базу, а прохождение тока через прибор будет ограничиваться только внешним сопро­ тивлением.

Отрицательное сопротивление возникает в предпробойный момент после достижения по­ рогового значения Unov, когда заполненный носителями тока коллекторный переход сни­ жает свое сопротивление и напряжение на нем падает при растущем коллекторном токе. Это явление аналогично возникновению отри­ цательного сопротивления в газовом разряде, например в дуге, за счет увеличения проводи­ мости ионизированного воздуха. Недостатком лавинного триода является высокое рабочее напряжение, а преимуществом — хорошие пе­ реключающие свойства, что позволяет продол­ жать конструктивные поиски.

Отрицательное сопротивление у специаль­ ных канальных триодов возникает в момент отпирания слабо запертого п+-п или р+-р пе­ рехода. Обычный канальный триод, у которо­ го затвор включен в прямом направлении как эмиттер или изменена полярность стока (двух­ базовый диод),— тоже прибор с отрицатель­ ным сопротивлением.

Если падение потенциала вдоль образца

пиковое, переключения или Ua.

91

дет отрицательным по отношению к потен­ циалу толщи полупроводника под ним, то, естественно, эмиттер будет заперт, несмотря на положительный знак смещения. Когда на

Рис. 31. Схема включения двухбазового диода (а) и распределение потенциала в базе (б).

эмиттер подается сигнал Е%, его потенциал становится положительным относительно по­ лупроводника. Эмиттер «открывается», инжек­ тируя дырки, которые, увеличивая ток между электродами Э и Б, снижают сопротивление на этом участке. С повышением тока потен­ циал эмиттера убывает, что соответствует R0тр. Наблюдаемая сильная положительная обрат­ ная связь в полупроводниковых приборах, так

9 2

же как и в лампах, служит необходимым и до­ статочным условием для появления отрица­ тельного сопротивления. В транзисторах это

прибором М-типа, или стабильным в режиме холостого тока — в открытом контуре (рис. 32, а). Когда в области ОТ /нач ДО /дор значе­ нию тока соответствуют три значения напряжения: U1( {/2, ІІ3, то. прибор принадлежит к S-типу. Такой прибор стабильный или по на­ пряжению, или в режиме короткого замыка­ ния (рис. 32, б),

Почти все существующие полупроводнико­ вые приборы с отрицательным сопротивле­

рация носителей у за­ пертого перехода и ин­ жекция носителей с этого перехода, когда ток

базы достигнет критического значения. Этот «зажигающий» ток аналогичен отпирающему смещению на сетке тиратрона.

У четырехслойного кремниевого диода (рис. 33) переход Д включен в обратном на­ правлении и через него течет ток

У2 = aJi + ag/3 -у До-

9 4

J ___ ________^ к о

_ >— (%+ as) ■

При небольших токах в кремниевых тран­ зисторах коэффициент а очень мал. Пока <хі + аз<1, переход h остается запертым. С ростом тока увеличивается коэффициент а. Когда аі + «з ^ 1, резкое возрастание тока приводит к прямому пробою. В этом случае коллекторный переход смещается в прямом направлении.

Во многих переключателях переключение имеет характер умножения лавинного транзи­ стора, т. е.

/ 2 “ - j - C C og/H g/jj.

Тогда условие переключения будет

а о іМ 1 + GS0M 3 > 1.

Умножение тем заметней, чем ближе зна­ чение Uпер к значению Ппроб. Если Ппер<с

Пцроб) то Л1 ~ 1.

Сильная зависимость коэффициента пере­ дачи тока всех кремниевых триодов от тока позволяет на любой их паре построить пере­ ключатель, аналогичный четырехслойному. Для германиевых триодов построить такую систему гораздо сложнее. Поэтому все р-п-р-п структуры выполняются в настоящее время из кремния.

На рис. 34 представлена типичная вольтамперная характеристика р-п-р-п структуры. Если эмиттерные переходы низковольтные, пе­

95

реключатель практически может работать только при прямом смещении на эмиттерных слоях. Когда в процессе переключения боль­ шую роль играет лавинное умножение тока

Рис. 34. Вольт-амперная характе­

вольт-амперная характеристика имеет «по­ лочку» небольшого отрицательного сопротив­ ления (кривая 3).

Ключевыми параметрами первостепенной важности являются: сопротивление переклю­ чения в запертом состоянии /?зап и состоянии проводимости Rotk, которое определяет на при­ боре остаточное напряжение І І 0ст; С пер И Ліер> соответствующие переходу в область R0тк, а также /вык — минимальный ток, соответству­ ющий режиму стабильного состояния прово­ димости.

При /< ;/ вык переключатель запирается.

96

Величина / Макс используется при расчете Рмакс. Иногда для повышения чувствитель­ ности переключателя его держат в «ждущем»

(рис. 36). Если цепь левого перехода разомк­ нута, справа остается п-р-п триод, включен­ ный по схеме с общим коллектором, но без базового вывода. Так же, как и в любом дио­ де, ток, проходящий через электрод 1, равен току всей структуры. В такой схеме с общим коллектором коэффициент передачи тока оп­

97

При подаче напряжения на переход /і дыр­ ки из p-области поступают в я-область. Отту­ да часть дырок вытягивается переходом h , а

Рис. 36. Управляемый переклю­ чатель:

а —схема включения; б — эквива­ лентная переключателю схема на триодах.

часть уходит на электрод 2. Это соответствует работе р-п-р триода с общей базой. Для сов­ мещения обоих триодов в один четырехслой­ ный транзистор их нужно подключить друг к другу по схеме, указанной на рис. 36, б. Ток перехода Д эмиттерный как для р-п-р триода, так и для'всей структуры. Таким образом, для р-п-р-п структуры коэффициент передачи тока

9 3

где Д/ Э2— изменение эмиттерного тока п-р-п структуры, равное изменению коллекторного тока р-п-р и всей р-п-р-п структуры; Д/Эі — из­ менение эмиттерного тока.

Подставив выражение (12) в равенство (13), получим

двух триодов не складываются арифметиче­ ски. Однако общий коэффициент передачи то­ ка может быть значительно больше единицы.

Частотные сзойства четырехслойного пере­ ключателя пока оставляют желать лучшего. Такие переключатели используют как мощные приборы, работающие на больших токах в не­ сколько сот ампер, что приводит к большому накоплению носителей в базе. Поэтому время переключения их составляет несколько микро­ секунд. Новые модели этих приборов на сред­ них мощностях имеют рабочие частоты до

10 Мгц.

Переходы в четырехслойном переключате­ ле могут быть получены различными техноло­ гическими приемами: диффузией, сплавлением, эпитаксией. Это обусловливает различие кон­ струкций таких приборов.

9 9

К переключателям относятся переключаю­ щий диод, управляемый переключатель, или тиристор, тринистор, динистор, р-п-і-р пере­ ключатель, бинистор, пятислойный управляе­ мый выпрямитель и др. Так как в основном все это кремниевые приборы, за ними закре­ пилось общее название кремниевый управляе­ мый вентиль (КУВ).

У п р а в л я е м ы й п е р е к л ю ч а т е л ь изготовляется из кремния и представляет со­ бой сильноточный, высоковольтный прибор. Эквивалентная схема его (два соединенных триода) приведена на рис. 36.

Усовершенствованной конструкцией этого прибора является пятислойный переключатель, предназначенный для переключения токов до 100 а. Пробивное напряжение его около 400 в. Опытные пятислойные переключатели имеют симметричные вольт-амперные характеристики с отрицательным сопротивлением в прямом и обратном включении.

Т р и н и с т о р ничем, за исключением кон­ струкции выводов, не отличается от управ­ ляемого переключателя. Как правило, трини­ стор имеет кольцевой эмиттер, обеспечиваю­ щий равномерную плотность тока. Тринистор может быть выполнен по типу мезатриода. Современный тринистор, получаемый эпитак­ сиальной технологией, пропускает токи 150 а. Рабочее напряжение его 600 в.

Б и н и с т о р . Принцип действия его, струк­ тура и эквивалентное соединение триодов та­ кие же, как у управляемого переключателя. Запирается бинистор отрицательным смеще­ нием на эмиттере. Так как прибор имеет кол­

1 0 0