Вопрос. 45 Малосигнальная схема замещения биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером (оэ)

Вопрос. 46 Транзистор как линейный четырёхполюсник. Система H – параметров.

H – комплексное число z

h – действительная часть R

Система H – параметров разработана специально для биполярных транзисторов. Эта система учитывает физические процессы.

или

Входное сопротивление при КЗ на выходе:

коэффициент обратной связи по напряжению при ХХ:

коэффициент прямой передачи по току при КЗ на выходе:

Выходная проводимость при ХХ на входе:

Всякая система уравнений описывает схему:

Вопрос. 47 Определение h – параметров транзистора по статическим вах в схеме включения об.

H параметр должен быть конкретизирован по величине, например:

при

Сложность определения h12 – отсутствие семейства ВАХ.

IК

Вопрос. 48 Определение H – параметров по статическому ВАХ в схеме ОЭ биполярного транзистора.

h21 - сравнительно похоже по виду с ρ

всегда приводят в справочниках.

49Связь H – параметров с физическими параметрами в схеме с ОБ.

1.

2.

XX

3.

Вопрос. 50 Связь H – параметров с физическими в схеме ОЭ.

Вопрос. 51 Определение усилительных параметров транзистора через h-параметры

_1.

I_Э

U_ЭБ

U_БЭ I_Б

2

3

4

Вопрос. 52 Частотная характеристика коэффициента передачи тока эммитера.

Ток коллектора на высоких частотах отстает по фазе от тока эммитера.

Причина – инерционность процессов переноса зарядов через базу. Основное ограничение – малая диффузионная

корость инжектированных зарядов.

Математическая модель коэффициента передачи тока эмиттера

модуль

Вопрос. 53 Частотная зависимость коэффициента передачи тока базы

f =fв – предельная частота коэффициента тока базы, на котором в уменьшается на корень из двух по сравнению со своим низкочастотным значением (альфа ноликовое)

Вопрос. 54 Дрейфовые транзисторы

Механизм переноса зарядов через базу в биполярных транзисторах − диффузия. Диффузионная скорость наименьшая из 3-х основных скоростей:

V_диф <<V_др <<V_тепл

Диффузионные по технологии транзисторы как правило имеют неоднородную базу. Неоднородность примесей обуславливает возникновение дрейфовой скорости. Транзисторы с неоднородной базой называются дрейфовыми. Ускоряющее электрическое поле в базе транзистора возникает в том случае, когда

концентрация примеси на границе с эмиттером больше, чем на границе с коллектором:

N_д (0)_э > N_{д k}(W)_k

Дрейфовые транзисторы обладают 2-мя главными преимуществами:

1)V_др >>V_диф

ǽ_др>ǽ_диф

α_др>α_диф

2)f_α,f _β(др)>> f_α,f _β(диф)

Наличие дрейфа приводит к “искажению” графика распределения инжектированных зарядов – к отклонению от линейности

В нормальном режиме поле базы ускоряет инжектированные из эмиттера заряды. В инверсном режиме наоборот, заряды тормозятся, время переноса увеличивается, увеличивается скорость рекомбинации, поэтому

αI =0,2… 0,6<αN →1.

Вопрос. 55 Тепловая модель транзистора. Расчет площади теплоотвода.

R_tk-k – тепловое сопротивление между кристаллом и корпусом. (справочная вел.)

R_tk-c- тепловое сопротивление корпус транзистора – окружающая среда.

R_tk-T - тепловое сопротивление корпус транзистора – теплоотвод. Без электрической изоляции R_tk-T = 0.1-0.2 град/Вт, с изоляцией 0.5-1 град/Вт

Без электрической изоляции Rtk t = 0.1-0/2 град/Вт, с изоляцией 0.5-1 град/Вт

R_tT-c - тепловое сопротивление теплоотвод – окружающая среда

Тепловой модели транзистора соответствует электрическая модель, в которой:

Ttk c – разность температур кристалла и окружающей среды ( разность потенциалов);

Pк – электрическая мощность на коллекторе(тепловой поток – аналог ЭДС);

Rt – тепловые сопротивления участков цепи (электрические сопротивления)

Q – тепловой поток (электрический ток)

Порядок расчёта:

1) Определяют ( аналог закона Ома R= U / I )

, где – максимальная температура коллектора; – температурный запас – 10-25 град; – температура окружающей среды; – электрическая мощность на коллекторе.

2) Определяют тепловое сопротивление теплоотвода

3) Определяют площадь

, где S – площадь теплоотвода; – коэффициент, зависящий от условий теплообмена радиатора с окружающей средой.

Вопрос. 56 Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом. Кон-

струкция. Принцип действия.

У правление величиной тока осуществляется за счёт изменения удельной проводимости и площади полупроводникового слоя – канала – с помощью электрического поля. В зависимости от типа проводимости канала различают транзисторы с каналом n-типа и транзисторы с каналом p-типа. Управляющий электрод изолируется от канала с помощью диэлектрика (окисла кремния) или с помощью обратно-смещённого p-n перехода.Конструктивное выполнение полевого транзистора с p-n переходом и каналом n-типа приведено на рис. 6.1. Транзистор изготовлен на основе кристалла кремния n-типа проводимости. На торцах кристалла расположены электроды. Электрод, от которого начинается движение носителей (в кана-ле n-типа – электроны), называется истоком, а электрод, к которому дви-жутся носители – стоком. Для того, чтобы носители двигались от истока к стоку, на сток транзистора с n-каналом нужно подать положительное на-пряжение относительно истока. С боковых сторон кристалла путём леги-рования акцепторной примесью образованы области p-типа. Электрод, свя-занный с областями p-типа, называется затвором. Между каналом n-типа и слоями p-типа образуются p-n переходы – области объёмных зарядов ионов примеси, обеднённые подвижными носи-телями заряда и обладающие поэтому низкой проводимостью.При увеличении отрицательного напряжения на затворе ширина ка-нала уменьшается и при некотором напряжении становится равной нулю – обеднённые слои смыкаются между собой и проводящий канал перекрывается. Напряжение затвора, при котором канал перекрывается и проводимость канала близка к нулю (ток отсекается), называется напряжением отсечки Uзи отс. Если к затвору приложить положительное напряжение отно-сительно истока, то ширина p-n переходов уменьшается, а w и проводи-мость канала возрастают. Возможное положительное значение Uзи состав-ляет 0,2 – 0,3В, т.к. при больших напряжениях открываются p-n переходы, резко увеличивается ток затвора. Для транзисторов с p-n переходом и каналом n-типа рабочие напряжения на затворе Uзиотс≤Uзи≤0, а для транзисторов с каналом p-типа Uзи отс>0 и 0≤Uзи≤Uзи отс.

Если приложить к стоку относительно истока положительное напряжение, то через канал начинает протекать ток за счёт движения электронов от истока к стоку. При постоянном напряжении на затворе потенциал канала относительно затвора становится более положительным. У истока напряжение на p-n переходе равно Uзи , а у стока Uзс=Uзи-Uси. Например, если Uзи=-1В, а Uси=+2В, то Uзс=-1В-2В=-3В. По мере приближения к стоку к p-n переходу прикладывается всё более отрицательное напряжение (обратное) и ширина l возрастает, а ширина w=a−2l уменьшается. Канал перекрывается таким образом по двум причинам: под действием управляющего

н апряжения на затворе канал сужается по всей длине равномерно; под действием напряжения на стоке канал сужается по мере приближения к стоку.На рис.6.2 изображено сечение канала для различных Uзи и Uси. Из рисунков видно, что чем больше напряжение на затворе (по абсолютной величине), тем меньше начальная ширина и проводимость канала, и тем меньше напряжение Uси, при котором канал перекрывается. Если Uси≥|Uзи отс|, то канал перекроется у стока и при Uзи=0, когда ширина канала у истока максимальна. График 1 на рис.6.2 соответствует высокой проводимости канала, а графики 2,3,4 – низкой проводимости (канал перекрыт). Перекрытие канала приводит к резкому возрастанию дифференциального сопротивления канала и слабой зависимости тока от приложенного к каналу напряжения Uси.

Вопрос. 57 ВАХ полевых транзисторов с управляющим p-n переходом.

З ависимости между токами и напряжениями, приложенными к элек-

тродам полевых транзисторов с управляющим p-n переходом, описываются семействами вольтамперных характеристик. Статические стоковые ха-рактеристики представляют собой зависимости тока от напряжения стокисток при постоянном напряжении на затворе:

При напряжениях на затворе, превышающих напряжение отсечки, канал перекрыт, и ток через транзистор практически отсутствует. При Uзи=0 начальная ширина канала у истока максимальна, через транзистор протекает ток, зависящий от напряжения Uси. При малых напряжениях Uси ток стока возрастает почти пропорционально напряжению Uси (участок 1). Когда напряжение Uси достигнет значения |Uзи отс|, канал у стока перекры-вается, сопротивление канала увеличивается, происходит замедление роста тока Iс – участок 2. Важным параметром ВАХ является начальный ток стока Ic нач – ток стока при Uзи=0, Uси≥|Uзиотс|. Если Uзи отс<Uзи<0 (для транзистора с каналом n-типа), то исходная ширина канала уменьшается по сравнению со случаем Uзи=0, ток стока нарастает медленнее, а перекрытие канала и переход из области 1 линейного нарастания тока в область ограничения тока 2 происходит при меньших напряжениях Uси=|Uзи отс-Uзи|. В пологой части ВАХ при увеличении Uси ток стока несколько возрастает, так как сопротивление перекрытого канала возрастает медленнее, чем напряжение Uси (примерно пропорционально Uси ). При дальнейшем увеличении Uси возможен электрический пробой p-n перехода у стока. Напряжение на p-n переходе складывается из напряжений |Uзи| и Uси, поэтому пробой наступает раньше при больших напряжениях |Uзи|. На участке 1, когда Uси<|Uзиотс-Uзи|, стоковые характеристики описываются уравнение

На пологом участке 2 ВАХ ток стока слабо зависит от напряжения

U си и может быть найден по формуле

Характеристика прямой передачи – стокзатворная – описывает зави-

симость тока стока от напряжения на затворе при постоянном напряжении

на стоке:

При отрицательных напряжениях Uзи, превышающих по модулю

Uзиотс, ток отсутствует. При положительных Uзи ток стока возрастает, но

такой режим на практике не применяется из-за отпирания p-n переходов.

Касательная, проведённая к стокзатворной характеристике в точке [Uзи=0;Ic=Icнач], отсекает на оси абсцисс отрезок длинной Uзиотс/2.

Вопрос. 58. МДП-транзисторы с встроенным каналом

В полевых МДП−транзисторах металлический затвор изолирован от

полупроводникового канала диэлектриком, т.е. транзистор представляет

собойструктуру металл−диэлектрик−полупроводник – МДП. Наиболее

р аспространён диэлектрик оксид кремния, поэтому такие транзисторы часто называют МОП−транзисторы. Наиболее распространены по технологическим причинам транзисторы с встроенным каналом n−типа – рис.6.6. В теле подложки – кристалла. кремния p−типа проводимости – созданы две сильнолегированные области

n−типа проводимости, соединённые каналом n−типа. Одна из областей n−типа является истоком, а другая – стоком. Электрод затвора изолирован от канала тонким слоем диэлектрика. Если приложить между стоком и истоком напряжение, положительное на стоке относительно истока, то через канал будет протекать ток, обусловленный начальной проводимостью канала. Если к затвору приложить положительное напряжение относительно истока, то электроны будут притягиваться из полупроводника к затвору, проводимость канала увеличивается, ток через транзистор возрастает. Такой режим работы при Uзи>0 для транзистора со встроенным каналом

n−типа называется обогащением. При подаче на затвор отрицательного напряжения относительно истока дырки притягиваются из подложки, а электроны отталкиваются из канал, происходит обеднение канала основными носителями – электронами, проводимость канала уменьшается. При некотором отрицательном напряжении Uзи=Uотс, называемом напряжением отсечки, происходит инверсия типа электропроводности канала: n+−области будут разделены слоем p−типа проводимости. Ток стока определяется обратным током p−n перехода, образованного n+−слоем и

p −слоем подложки. При протекании тока через канал от стока к истоку (движение элек-

тронов в обратном направлении) потенциал канала становится более положительным относительно затвора по мере приближения к стоку, что равносильно подаче на соответствующий участок затвора отрицательного напряжения. Поэтому канал сужается к стоку и при Uси≥|Uотс| канал перекрывается.

Стоковые характеристики содержат участок линейного нарастания тока стока и участок насыщения (ограничения) тока стока. Переход от одного участка к другому обусловлен смыканием канала у стока. На рис.6.8 изображён вид канала для характерных точек стоковой

характеристики. В общем случае потенциал участка канала, прилегающего к затвору,

относительно затвора равен Uси−Uзи. На линейном (омическом участке) при Uзи=0, Uси<|Uотс| ток стока возрастает линейно при увеличении Uси (т.2 рис.6.7). Когда из−за падения напряжения на объёмном сопротивлении канала напряжение между стоком и затвором станет равным Uотс, обеднённый слой смыкается с поверхностью, канал перекрывается – т.2. Дальнейшее увеличение Uси не приводит к существенному увеличению тока стока, а перекрытие канала происходит на участках канала, расположенных ближе к истоку – т.3. Чем меньше напряжение на затворе относительно истока, тем ниже начальная проводимость канала и тем раньше (при меньшем

напряжении Uси) канал смыкается – т.4,5,6 рис.6.7, рис.6.8б. При Uзи<Uотс

канал перекрыт, ток Iс=0 – т.7. В режиме обогащения при Uзи>0 соответственно увеличивается ток насыщения транзистора – т.8, перекрытие канала происходит при большем напряжении Uси – т.9, а линейный участок более крутой – т.10.

Номера характерных точек соответствуют рисункам 6.7 и 6.8. При Uзи>0 канал обогащается носителями n−типа, при Uзи<0 обедняется, при Uзи>|Uотс| происходит инверсия типа проводимости приповерхностного слоя, канал n−типа исчезает, ток Iс практически равен нулю. Протекает лишь малый ток обратно−смещённого перехода, образованного n+−областью стока и p−областью подложки. Для предотвращения протекания прямых токов p−n переходов ис-ток−подложка и сток−подложка к электроду подложки p−типа подключают отрицательное напряжение, а к подложке n−типа – положительное. Иногда при помещении кристалла в корпус электрод подложки соединяют с истоком.

Вопрос. 59 МДП−транзисторы с индуцированным (сформированным с помощью электрического поля) каналом

М ДП−транзисторы с индуцированным (сформированным с помощью электрического поля) каналом, как правило изготавливаются на подложке

кремния n−типа проводимости, в которой создаются две сильнолегированные области p+−типа проводимости. Области p+−типа имеют омические

контакты с электродами – истоком и стоком. Электрод затвора изолирован

от подложки тонким слоем диэлектрика рис.6.10.

Т ранзистор со стороны электродов С и И представляет собой два встречно включённых p−n перехода и ток через него отсутствует. Если к затвору приложить отрицательное напряжение относительно подложки, соединённой с истоком, то в области подложки под затвором вначале образуется обеднённый слой вследствие выталкивания электронов. При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения на затворе свободные дырки из подложки притягиваются в приповерхностный слой. При некотором отрицательном напряжении на затворе, называемом пороговым, концентрация дырок в приповерхностном слое становится больше концентрации электронов, происходит инверсия типа проводимости приповерхност-

ного слоя. Образуется канал p−типа, соединяющий области p+−типа – сток

и исток.