67) Нарисуйте структуру и поясните принцип работы биполярного транзистора.
Биполярный транзистор – полупроводниковый прибор состоящий из трех чередующихся по типу основных носителей заряда полупроводников, которые соединены таким образом что образуют два p-n перехода, включенные на встречу друг другу.
Транзистор способен осуществлять усиление мощности электрического сигнала. Существуют два типа транзисторов n-p-n и p-n-p. Далее рассматриваются только первые.
Усилительные свойства транзистора наилучшим образом проявляются, в случае если эмиттерный переход открыт, а коллекторный переход закрыт. (Uэб>0, Uкб<0). При этом в базу инжектируются от эмиттера не основные носители заряда. Желательно соблюдение условия wб << Lб (длинна рекомбинации в базе). В таком случае большая часть большая часть инжектированных электронов достигает закрытого коллекторного перехода и отсасывается коллектором. В рассмотренном приближении Ik = Iэ. Ток Iэ зависти от напряжения на переходе, а вот ток на коллекторном переходе от напряжения не зависит, поэтому коллекторный ток можно пропустить через значительное сопротивление (в цепи коллектора), таким образом, повысив напряжение и соответственно мощность. Это называется транзисторным эффектом.
При обратных допущениях транзистор эквивалентен двум включенным встречно диодам. Транзистор возможно развернуть, поменяв коллектор и эмиттер, что не скажется на принципе его функционирования, но ухудшит характеристики.
68) Назовите типы, режимы работы и схемы включения биполярного транзистора.
В зависимости от напряжений на переходах возможны 4 режима работ транзистора:
-нормальный режим (Ueb>0;Ukb < 0)
-инверсный режим (Ueb<0;Ukb>0)
-режим насыщения (Ueb>0;Ukb>0)
-режим утечки (Ueb<0;Urd<0)
Классификация транзисторов проводится по нескольким параметрам: по типу проводимости транзисторы делятся на p-n-p и n-p-n.
Базовая область транзистора может быть легирована однородно или неоднородно. В последнем случае в базе существует встроенное электрическое поле, компенсирующие диффузионные токи носителей заряда в состоянии равновесия. Это электрическое поле действует на не основные носители, инжектированные в базу из эмиттера, создавая в базе дрейфовый ток. Поэтому транзисторы с неоднородным распределением называют дрейфовыми, а с однородным бездейфовыми.
В дискретных транзисторах, предназначенных для монтажа в корпусе, контакты к областям эмиттера, базы и коллектора могут быть расположены в различных плоскостях полупроводникового кристалла. Такие транзистор называю непланарными, их противоположность – планарные транзисторы. По принципу производства непланарные транзисторы делятся еще на оплавные и диффузные.
Существуют три основные схемы включения транзистора:
-общая база – ОБ
-общий эмиттер – ОЭ
-общий коллектор – ОК
69) Рассчитайте для всех схем включения коэффициенты усиления по току и напряжению.
70) Нарисуйте схему Эберса-Молла. Поясните принцип ее работы и назначение элементов схемы.
Нарисуйте семейства идеальных выходных и входных характеристик биполярного транзистора по схеме включения с ОБ. Нарисуйте семейства идеальных выходных и входных характеристик биполярного транзистора по схеме включения с ОЭ.
Характеристики:
Нарисуйте и объясните эквивалентную схему для постоянных составляющих для биполярного транзистора по схеме с ОБ.
Практическая ценность эквивалентной схемы Эберса-Молла повышается, если дополнить ее сопротивлениями слоев rб, rээ, rкк.
Тогда один или оба тока Iэ и Iк могут считаться известными
Схема для нормального активного режима
Транзистор работает в активном режиме, т.е. Iэ>0 Uкт >0
Для узлов «х» напишем первый закон Кирхгофа...
Поясните назначение коэффициента внутренней обратной связи для эквивалентной схемы для переменных составляющих биполярного транзистора с ОБ.
{
Нарисуйте структуру и поясните принцип работы МДП транзистора.
Назовите типы и режимы работы МДП.
Поясните назначение порогового напряжения. С чем связано пороговое напряжение МДП?
Нарисуйте выходные и передаточные характеристики МДП. Поясните физический смысл насыщения тока стока.
}
Принцип работы полевого транзистора с изолированным затвором рассмотрим на примере n-канального МДП-транзистора, сформированного на кремнии р-типа(рис. 3.5). Смысл термина«n-канальный» транзистор будет ясен из анализа физических процессов, происходящих в таком транзисторе.
При напряжении между затвором и истоком равным нулю и при положительном напряжении между стоком и истоком ток в цепи стока оказывается ничтожно малым. Он представляет собой обратный ток стокового р-n-перехода.
При подаче на затвор положительного смещения условия в приповерхностной области полупроводника изменяются. По мере того, как на затворе накапливается положительный заряд, свободные дырки, присутствующие в полупроводнике р-типа, вытесняются из области, расположенной непосредственно под затвором, и в ней образуется обедненный слой(рис. 3.5а).
При достижении определенной степени обеднения продолжающееся увеличение смещения затвора вызывает притяжение к поверхности полупроводника подвижных отрицательно заряженных электронов. Когда в области канала накопится достаточное количество электронов, тип проводимости приповерхностной области полупроводника изменится с дырочного на электронный (рис. 3.5б), другими словами, произойдет инверсия типа проводимости. При этом
исток и сток окажутся соединенными друг с другом посредством инверсионного слоя с проводимостью n-типа, служащего каналом. Отсюда прибор такого типа называют n-канальным полевым транзистором. Существуют полевые транзисторы и с каналом р-типа. Такие приборы изготавливаются на основе полупроводника n-типа, а области истока и стока являются областями р+-типа (областями с высокой концентрацией акцепторной примеси).Подавая на затвор сигнал, можно модулировать количество носителей заряда в канале, так что затвор по существу регулирует ток, протекающий в канале. При малом значении напряжения на стоке инверсионный слой простирается на всю область канала, соединяя области истока и стока. При таких условиях ток стока зависит от потенциалов стока и затвора.
При постоянном потенциале затвора увеличение потенциала стока изменяет условия в области канала. Ток в цепи исток– сток вызывает падение напряжения вдоль канала. Это ведет к уменьшению напряжения между затвором и полупроводником, т.е. на диэлектрике, изолирующем затвор, причем наибольшее уменьшение напряжения имеет место вблизи стока. Когда падение напряжения в канале достигает такой величины, при которой поле в диэлектрике уменьшается настолько, что инверсионный слой вблизи стока исчезает, канал переходит в состояние перекрытия (рис. 3.5в), и ток стока стремится при этом к некоторой величине, не зависящей от потенциала стока. Говорят, что транзистор в этом случае находится в состоянии насыщения. При дальнейшем повышении потенциала стока точка отсечки канала движется к истоку, длина инверсионного канала уменьшается (рис. 3.5г) и МДП-транзистор переходит в состояние все более глубокого насыщения.
Правее точки отсечки (перекрытия) канала имеется область обеднения подвижными носителями заряда, простирающаяся
вплоть до стока. Токопрохождение в этой области полупроводника связано с инжекцией в данном случае электронов из канала транзистора. Это подобно процессу инжекции носителей заряда переходом эмиттер– база биполярного транзистора в обедненную область его коллекторного перехода.
Типичный вид семейства выходных вольт-амперных характеристик (зависимости тока стока от напряжения между стоком и истоком) МДП-транзистора представлен на рис. 3.6. В качестве параметра, определяющего отдельную характеристику семейства, выбрано напряжение между затвором и истоком.
На семействе вольт-амперных характеристик можно выделить две области (линейную область и область насыщения), разделенные штриховой линией. В этих точках (при конкретных, связанных между собой потенциалах затвора и стока) имеет место отсечка канала. Видно, что в линейной области(до отсечки) ток стока растет с увеличением потенциала стока, а в области насыщения (после отсечки канала) ток стока практически не зависит от потенциала стока. С увеличением потенциала затвора растет ток стока и отсечка канала наступает при бóльших потенциалах стока.