Литература для самостоятельного изучения:

1. Подъяков Е. А. Электронные цепи и микросхемотехника. Ч. 5 : учебное пособие / Е. А.

Подъяков, В. В. Орлик ; Новосиб. гос. техн. ун-т. - Новосибирск, 2009. - 150, [1] с. : схемы,

табл.

2. Гусев В. Г. Электроника и микропроцессорная техника : учебник для вузов / В. Г. Гусев,

Ю. М. Гусев. - М., 2006. - 797, [1] с.: ил. - Рекомендовано МО.

3. Алексенко А. Г. Основы микросхемотехники / А. Г. Алексенко. - М., 2004. - 448 с.: ил.

4. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники: учебные пособие для вузов по

специальности "Полупроводники и диэлектрики" и "Полупроводниковые и

микроэлектронные приборы"/ И. П. Степаненко. - М., 1980. - 423 с. : ил., табл. -

Рекомендовано МО. 15751/14726 11

5. Подъяков Е. А. Электронные цепи и микросхемотехника. Ч. 4. Импульсные и цифровые

устройства: учебное пособие / Е. А. Подъяков, В. В. Орлик ; Новосиб. гос. техн. ун-т. -

Новосибирск, 2005. - 114, [1] с.

Для лабораторных работ:

• Основы микроэлектроники: методические указания к лабораторным работам №1-4 по курсу "Микроэлектроника" для 3 курса факультета РЭФ дневного отделения (специальностей: "Промышленная электроника", "Электронные приборы и устройства", "Микроэлектроника и твердотельная электроника", "Физическая электроника" / Новосиб. гос. техн. ун-т; [сост. С. В. Брованов и др.]. - Новосибирск, 2007. - 30, [2] с.: ил.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор (БТ) – это полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами, имеющий три вывода. Работа БТ основана на использовании носителей зарядов обоих знаков (электронов и дырок). Управление протекающим через него током осуществляется с помощью управляющего тока.

Структура и условное графическое обозначение биполярного транзистора n-p-n типа

Структура и условное графическое обозначение транзистора p-n-p типа

В интегральной микроэлектронике и усилительной технике наиболее применяемым является БТ n-p-n типа. Это связано с тем, что в транзисторе данного типа используются преимущественно электроны, обладающие большей подвижностью.

Биполярные транзисторы могут включаться в электрическую цепь тремя способами: общая база (ОБ), общий эмиттер (ОЭ) и общий коллектор (ОК).

Схемы включения БТ

В усилительной технике используется все способы включения транзисторов, в электронных ключах – схема с ОЭ.

Характеристики и параметры БТ.

Основными характеристиками БТ являются:

- Входные характеристики:

при для схемы с ОБ;

при для семы с ОЭ;

- Выходные характеристики:

при для схемы с ОБ;

при для семы с ОЭ;

Входные и выходные характеристики транзистора для схемы с ОБ:

Зависимость тока эмиттера от напряжения между эмиттером и базой приближенно описывается выражением:

Где – тепловой потенциал, – тепловой ток перехода эмиттер-база при , .

Наклон входной характеристики определяется дифференциальным входным сопротивлением транзистора, которое в справочных данных приводится как параметр , зависящего от объемного сопротивления базы, и сопротивления эмиттерного перехода:

для температуры 20ºС.

Выходные характеристики представляют собой семейство практически горизонтальных характеристик с параметром и находящимися на некотором расстоянии друг от друга, определяемым статическим коэффициентом передачи по току:

Где – тепловой ток коллектора (). Идеализированное выражение для семейства выходных характеристик запишется в виде:

Где – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода, определяющее наклон выходной характеристики.

Входные и выходные характеристики транзистора для схемы с ОЭ:

Входные характеристики схемы с ОЭ схожи с характеристиками для схемы с ОБ.

Коэффициент передачи по току в схеме с ОЭ значительно больше и связан с коэффициентом соотношением:

где тепловой ток коллектора определяется как . Коэффициент составляет десятки и сотни единиц. Например, для транзисторов, используемых в лабораторных работах (BC546A) коэффициент лежит в диапазоне от 110 до 200. Значение этого коэффициента зависит от режима работы транзистора. На рисунке приведен график зависимости от тока коллектора при заданном напряжении .

Выходное сопротивление при включении транзистора по схеме с ОЭ становится меньше чем выходное сопротивление в схеме с ОБ:

Используя введенные обозначения, уравнение выходной характеристики запишем в виде:

.

На выходных характеристиках (например, для схемы с ОЭ) отметим три режима работы транзистора:

• Режим отсечки: в этом режиме оба перехода находятся под обратным смещением;

• Активный режим: переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, коллекторный переход – в обратном;

• Режим насыщения – оба перехода смещены в прямом направлении;

Активный режим используется в усилительных схемах. В транзисторных ключах, как правило, можно наблюдать все три режима работы. Также имеется инверсный активный режим работы. В этом режиме имеет место инверсный коэффициент передачи по току который много меньше нормального коэффициента вследствие асимметрии структуры транзистора и разной концентрации примесей. Зачастую принимают . Коэффициент обычно в пределах 0,75…0,9.

Выходные характеристики для нормального и инверсного включения транзистора по схеме с ОЭ:

Инверсный активный режим используется в ТТЛ-схемах о которых речь пойдет позже.

Частотные и переходные характеристики транзисторов.

Вследствие конечной скорости движения носителей заряда коэффициенты передачи по току и становятся зависимыми от частоты передаваемого сигнала и определяются выражениями:

где и – коэффициенты передачи по току при , и – некоторые постоянные времени, причем – время жизни неосновных носителей в базе транзистора.

Соответственно частоты, на которых коэффициенты передачи по току уменьшаются в называются граничными частотами:

; .

Кроме того на частотные свойства транзистора влияют барьерные емкости переходов: и

Полевые транзисторы

Полевым транзистором (ПТ) называется полупроводниковый прибор, в котором выходной ток управляется электрическим полем, т.е. напряжением. В БТ управление осуществляется током. Полевые транзисторы также называют униполярными, т.к. в них используются носители заряда только одного знака.

Разновидности полевых транзисторов:

1. С управляющим p-n переходом (FET).

а – с каналом p-типа

б – с каналом n-типа

2. МДП (МОП) с индуцированным каналом (MOSFET)

а – с каналом p-типа

б – с каналом n-типа

3. МОП со встроенным каналом (MOSFET).

а – с каналом p-типа

б – с каналом n-типа

Для полевого транзистора также существует три схемы включения: ОИ, ОС, ОЗ. Наиболее применяемыми считается схема ОИ.

Ток , . Выходные характеристики: для транзисторов с управляющим p-n переходом.

Стоко-затворные, проходные, передаточные характеристики – это характеристики вида:

Параметры, характеризующие усилительные свойства транзистора:

• Крутизна проходной характеристики, которая определяется отношением приращений тока стока к напряжению затвор-исток:

• Внутреннее дифференциально сопротивление:

• Коэффициент усиления по напряжению:

Нетрудно заметить, что

Частотные свойства полевого транзистора.

Частотные свойства ПТ, его динамику, определяют, в основном, барьерные емкости p-n перехода, которые обычно приводятся в справочных данных:

• Входная емкость – емкость между затвором и истоком при КЗ по переменному току выходной цепи;

• Проходная емкость – это емкость между затвором и стоком при разомкнутой по переменному току входной цепи;

• Выходная емкость – это емкость между истоком и стоком при коротком замыкании по переменному току входной цепи.

Особенности МДП транзисторов.

МДП транзисторы обладают очень большим входным сопротивлением. При работе с такими транзисторами необходимо предпринимать меры защиты от статического электричества.

В микроэлектронике ПТ типа МОП широко применяются в устройствах хранения памяти (флэш-память), в цифровых ИС и логических элементах. Логика на основе ПТ превосходит логику на БТ по быстродействию.

10