Характеристики транзисторов

Выходная (коллекторная характеристика)

I_К=f(U_КЭ) при I_Б = const

Участки: I – крутой, II – пологий, III – участок теплового пробоя.

Основным является II (усилительный) участок. На нём транзистор можно представить как управляемый источник тока.

Наклон пологого участка: при ↑U_КЭ => ↑φ₀ => ↑ объёмный заряд => ↑ ширина двойного слоя => ↓ эффективная ширина базы => ↓ вероятность рекомбинации => ↑ I_К.

, ,

Для увеличения I_Б надо увеличить U_БЭ:

I-участок ,

Пусть мы будем уменьшать U_КЭ при U_БЭ = const, когда U_КЭ = U_БЭ = U_{КЭ НАС}, при дальнейшем уменьшении U_КЭ, U_КБ сменит знак – коллекторный переход встал под прямое напряжение.

Возникает диффузия дырок из коллектора в базу, следовательно уменьшается ток I_К, транзистор теряет усилительные свойства.

I участок используется в ключевом режиме транзистора. U_КЭН ≈ 0.2 ÷ 1 В

III участок – участок теплового пробоя. Если увеличится U_КЭ энергии электрического поля станет достаточно для ударной ионизации, нерабочий участок.

Входная характеристика

Семейство кривых I_Б = f(U_БЭ) при U_КЭ = const

I_Б = I_К + I_Э

Входная характеристика - ВАХ двух параллельно включенных p-n переходов.

При U_КЭ = 0 на ЭБ и БК U_ПРЯМОЕ.

При U_КЭ > U_КЭН на ЭБ – U_ПРЯМОЕ, на БК – U_{ОБРАТНОЕ}.

При U_БЭ = 0 I_Б = I_КБО

I_Б = I_К - I_Э = (1-α) × I_Э - I_КБО из (2)

- сопротивление базы – входное дипольное сопротивление транзистора

Лекция 10. Полевые транзисторы с изолированным и индуцированным каналом.

Полевой транзистор с изолированным затвором

Затвор электрически удален от канала слоем диэлектрика с целью уменьшения тока утечки затвора. Между металлическим затвором и полупроводниковым каналом находится тонкий слой диэлектрика (оксид кремния), а р-n переход отсутствует. Такие транзисторы называются МДП-тран-зисторами или МОП-транзисторами.

Основанием служит кремниевая пластинка с электропроводностью р-типа. В ней созданы две области с п-типа. Длина канала от истока до стока несколько микрон, ширина – сотни микрон. Толщина слоя окиси 0,1-0,2 мкм. Иногда от кристалла кремния делают отдельный вывод.

Если при нулевом напряжении затвора между стоком и истоком приложить напряжение, то через канал потечет ток – поток электронов. Через кристалл ток не пойдет, т.к. один из р-п переходов находится под обратным напряжением. При подаче на затвор напряжения, отрицательного относительно истока, а следовательно и относительно кристалла, в канале создается поперечное поле, под действием которого электроны выталкиваются из канала в области истока и стока и кристалл. Канал обедняется электронами, сопротивление увеличивается и ток стока уменьшается. Такой режим называется режимом обеднения.

Если же на затвор подать положительное напряжение, то под действием поля, созданного этим напряжением, из областей истока и стока и из кристалла в канал будут приходить электроны. Проводимость канала при этом увеличивается и ток стока возрастает. Этот режим называется режимом обогащения.

Таким образом рассмотренный транзистор с собственным каналом может работать как в режиме обеднения, так и в режиме обогащения. Это наглядно показывают выходные характеристики и характеристика управления. При возрастании напряжения между стоком и истоком от нуля сначала действует закон Ома и ток растет пропорционально напряжению, затем канал начинает сужаться.

Так как на р-n переходе между каналом и кристаллом возрастает обратное напряжение, область этого перехода, особенно у стока, обедняется носителями, расширяется и сопротивление канала увеличивается. Т.е. ток стока испытывает два взаимно противоположных влияния: от увеличения напряжения между стоком и истоком ток должен возрастать по закону Ома, но от увеличения сопротивления канала ток уменьшается. В результате ток остается постоянным, затем может наступить пробой.

Полевой транзистор с индуцированным каналом

Отличаются тем, что канал возникает только при подаче на затвор напряжения определенной полярности. При отсутствии этого напряжения канала нет, между истоком и стоком расположен только кристалл р и на одном из р-п переходов получается обратное напряжение. В этом состоянии сопротивление между истоком и стоком очень велико, транзистор заперт. Но если подать на затвор положительное напряжение, то под его влиянием электроны будут перемещаться из истока и стока и из кристалла по направлению к затвору. Когда напряжение затвора превысит некоторое отпирающее, концентрация электронов превысит концентрацию дырок и произойдет инверсия тока электропроводности – образуется тонкий канал п-типа. Этот транзистор работает в режиме обогащения.

Транзистор с изолированным затвором имеет преимущества в отношении температурных, шумовых, радиационных свойств. Сопротивление изоляции затвора – это входное сопротивление: 10¹² – 10¹⁵ Ом. При этом входное сопротивление остается постоянным при любой полярности входного сигнала. А у транзисторов с р-п переходом при прямом напряжении сопротивление становится малым. Входная емкость 1пФ, граничная частота 100МГц.

Лекция 11. Динисторы, тринисторы, симисторы. Вольтамперные характеристики тиристо­ров.