мои шпоры
advertisement
1. Выпрямительные диоды. Диоды, предназначенные для преобразования переменного тока в постоянный, к быстродействию, емкости p-n-перехода и стабильности параметров которых обычно не предъявляют специальных требований, называют выпрямительными. Конструктивно выпрямительные диоды делятся на плоскостные и точечные, а по технологии изготовления на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные. Плоскостные диоды благодаря большой площади p-n-перехода используются для выпрямления больших токов. Точечные диоды имеют малую площадь перехода и предназначены для выпрямления малых токов. В выпрямительных диодах применяются также и p-i-переходы, р + -р- или n +-nпереходы. В таких диодах успешно разрешаются противоречивые требования, состоящие в том, что, во-первых, для получения малых обратных токов, малого падения напряжения в открытом состоянии и температурной стабильности характеристик необходимо применять материал с возможно малым удельным сопротивлением; во-вторых, для получения высокого напряжения пробоя и малой емкости p-n-перехода необходимо применять полупроводник с высоким удельным сопротивлением. Для выпрямительных диодов характерно, что они имеют малые сопротивления в проводящем состоянии и позволяют пропускать большие токи. Барьерная емкость их из-за большой площади p-n-переходов велика и достигает значений десятков пикофарад. U - для пр. ветви; - для обр. ветви I I0 (e mT 1) Для расчета эл. схем производят замену эквивалентными схемами. Экв.схема – схема, составленная из R, C, L, E, J, напряжение и токи выводов которых близки или равны к напряжениям и токам в полупроводниковом приборе. КД522А (букв. цифр. обознач. выпр. диода) К – буква, указывающая полупроводниковый материал (кремний, германий, арсенид галлия) Д – выпрямительный диод 5 – мощность(1 2 3 4 5) 22 – порядковый номер Госрегистрации разработки А – буква, условно определяющая классификацию (разбраковку по параметрам) приборов, изготовленных по единой технологии. Основные параметры выпрямительных диодов Эксплуатационные: 1) прямое падение напряжения при заданном прямом токе (U = 1,1 В при I = 10 мА) 2) обратный ток при заданном обратном напряжении (I = 1мА при U= 100 В) 3) емкость диода (10 пФ) 4) граничная частота (выпрямления переменного напряжения) (2 кГц) Предельно-допустимые параметры: 1) прямой ток 2) обратное напряжение 3) рассеиваемая мощность 2. Импульсные диоды. Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов и предназначены для работы в импульсных цепях. Большое влияние на характеристики p-n-перехода на высоких частотах оказывает зарядная емкость. Ее влияние проявляется в шунтировании p-nперехода на высоких частотах и ухудшении выпрямляющих свойств. В импульсных диодах наличие зарядной емкости приводит к искажению формы импульса. Поэтому импульсные диоды характеризуются как малым значением диффузионной емкости так и малым значением зарядной емкости. Малое значение зарядной емкости достигается уменьшением площади p-n-перехода. Поэтому основная конструктивная задача заключается в уменьшении площади pn-перехода. Основные параметры импульсных диодов 1. Общая емкость диода (доли пФ—несколько пФ). 2. Максимальное импульсное прямое напряжение. 3. Максимально допустимый импульсный ток /првтах. 4. Время установления прямого напряжения диода густ — интервал времени от момента подачи импульса прямого тока на диод до достижения заданного значения прямого напряжения на нем — зависит от скорости движения внутрь базы инжектированных через переход неосновных носителей заряда, в результате которого наблюдается уменьшение ее сопротивления (доли нс - мкс). 5. Время восстановления обратного сопротивления диода —интервал времени, прошедший с момента прохождения тока через нуль (после изменения полярности приложенного напряжения) до момента, когда обратный ток достигнет заданного малого значения (порядка 0,1/, где /—ток при прямом напряжении; tBOC — доли нс — доли мкс). Наличие времени восстановления обусловлено зарядом, накопленным в базе диода при инжекции. Для запирания диода этот заряд должен быть «ликвидирован». Это происходит за счет рекомбинаций и обратного перехода неосновных носителей заряда в эмиттер. Последнее приводит к увеличению обратного тока. После изменения полярности напряжения в течение некоторого времени г, обратный ток меняется мало и ограничен только внешним сопротивлением цепи. При этом заряд неосновных носителей, накопленных при инжекции в базе диода (концентрация р(х)), рассасывается. По истечении времени концентрация неосновных носителей заряда на границе перехода равна равновесной, но в глубине базы еще имеется неравновесный заряд. С этого момента обратный ток диода уменьшается до своего статического значения. Изменение его прекратится в момент полного рассасывания заряда, накопленного в базе. Обозначение как выпрямительные КД522А (букв. цифр. обознач. выпр. диода) 3. Диоды Шоттки. В быстродействующих импульсных цепях широко используют диоды Шоттки, в которых переход выполнен на основе контакта металл — полупроводник. У этих диодов не затрачивается время на накопление и рассасывание зарядов в базе, их быстродействие зависит только от скорости процесса перезарядки барьерной емкости. Вольт-амперная характеристика диодов Шоттки напоминает характеристику диодов на основе р-и-переходов. Отличие состоит в том, что прямая ветвь в пределах 8 —10 декад* приложенного напряжения представляет почти идеальную экспоненциальную кривую, а обратные токи малы (доли— десятки нА). Конструктивно диоды Шотки выполняют в виде пластины низкоомного кремния, на которую нанесена высокоомная эпитаксиальная пленка с электропроводностью того же типа. На поверхность пленки вакуумным напылением нанесен слой металла. Основным полупроводником — материалом, используемым в диодах Шоттки, является кремний. В качестве металлов используются молибден, нихром, золото, а также алюминий. Диоды Шоттки применяют в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах. Вариант обозначения: MBR4015 (15В, 40А) Достоинства Основным преимуществом диодов Шоттки по сравнению с диодами с р-n переходом является тот факт, что у них отсутствует явление инжекции неосновных носителей при прямом смещении, а значит, и явления накопления и рассасывания этих носителей. Соответственно инерционность диодов Шоттки обусловлена только барьерной емкостью контакта и может быть сделана весьма малой путем уменьшения размеров структуры. Типичный диапазон рабочих частот составляет 3 — 15 Ггц, а времена переключения доходят до 0,1 нс. Еще одним преимуществом диодов Шоттки является то, что экспоненциальный характер статической вольт-амперной характеристика сохраняется для них в гораздо более широком диапазоне токов, чем для обычного р-n перехода, поскольку отсутствует модуляция сопротивления базы неосновными носителями. Обратные токи могут составлять всего несколько пикоампер. Обратные напряжения лежат в пределах от 10 до 1000 В. Недостатки При кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя. Диоды Шоттки характеризуются повышенными (относительно обычных кремниевых диодов) обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла. При неудовлетворительных условиях теплоотвода положительная обратная связь по теплу в диоде Шоттки приводит к его катастрофическому перегреву. 4. Стабилитроны. Полупроводниковый диод, на обратной ветви ВАХ которого имеется участок с малым сопротивлением. Полупроводниковые стабилитроны, называемые иногда опорными диодами, предназначены для стабилизации напряжений. Их работа основана на использовании явления электрического пробоя р-n-перехода при включении диода в обратном направлении. КС156А (букв. цифр. обознач. стабилитрона) К – кремний С – стабилитрон 1 – мощность (маломощный) 56 – 5,6 В – напряжение А – обозн. разницу в параметрах диода(А…Я) Механизм пробоя может быть туннельным, лавинным или смешанным. У низковольтных стабилитронов (с низким сопротивлением базы) более вероятен туннельный пробой. У стабилитронов с высокоомной базой пробой носит лавинный характер. В p - n переходе образуется большое ускоряющее поле для неосновных носителей заряда и при обратном направлении порядка неосновных носители ускоряются в поле p - n перехода ионизируют атомы основного вещества, которые в свою очередь ускоряются в этом же поле и ионизируют другие атомы . При этом количество подвижных носителей резко (лавинообразно) возрастает и ток через p - n переход в обратном направлении резко возрастает. При этом напряжение на стабилитроне практически не меняется(так как при изменении входного напряжение происходит резкое увеличение тока, которое увеличивает падение напряжения на стабилитроне). Основные параметры стабилитронов и их типовые значения 1. Напряжение стабилизации Ucr — падение напряжения на стабилитроне при протекании заданного тока стабилизации. 2. Максимальный ток стабилизации /ст, тах. 3. Минимальный ток стабилизации /ст min. 4. Номинальный ток сбаилизации 5. Дифференциальное сопротивление гдиф, которое определяется при заданном значении тока на участке пробоя 6. Температурный коэффициент напряжения стабилизации ст — относительное изменение напряжения стабилизации U СТ при изменении температуры окружающей среды на T . 7. емкость диода 5. Варикапы. Ширина электронно-дырочного перехода и его емкость зависят от приложенного к нему напряжения. Варикап — это полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в качестве управляемой электрические напряжением емкости. При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь nобласти, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n перехода, которую можно представить как простейший плоский конденсатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-nперехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется. С = Сбар + Сдиф (где Сбар – барьерная ёмкость, Сдиф – диффузионная ёмкость) Диффузионная ёмкость связана с процессами накопления и рассасывания неравновесного заряда в базе и характеризует инерционность движения неравновесных зарядов в области базы. Диффузионная ёмкость обусловлена тем, что увеличение напряжения на p — nпереходе приводит к увеличению концентрации основных и неосновных носителей, то есть к изменению заряда. Величина диффузионной ёмкости пропорциональна току через p — n-переход. При подаче прямого смещения значение диффузионной ёмкости может достигать десятков тысяч пикофарад. При обратном смещении наибольшее значение имеет барьерная ёмкость. Основные параметры варикапов 1. Общая емкость С„ — емкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении 2. Коэффициент перекрытия по емкости — отношение емкостей варикапа при двух заданных значениях обратных напряжений 3. Сопротивление потерь — суммарное активное сопротивление, включая сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов варикапа. 4. Добротность — отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте переменного сигнала к сопротивлению потерь при заданном значении емкости или обратного напряжения. 5. Температурный коэффициент емкости (ТКЕ) C — отношение В относительного изменения емкости к вызывавшему его абсолютному изменению температуры окружающей среды: C = C/(C T). В 6. Полупроводниковые резисторы. Полупроводниковым резистором называют полупроводниковый прибор с двумя выводами, в котором используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от напряжения, температуры, освещенности и других управляющих параметров. В полупроводниковых резисторах применяется полупроводник, равномерно легированный примесями. В зависимости от типа примесей и конструкции резистора удается получить различные зависимости от управляющих параметров. Полупроводниковые резисторы: 1) линейные резисторы 2) варисторы 3) терморезисторы 4) тензорезисторы 5) фоторезисторы. В соответствии с этой классификацией первые две группы полупроводниковых резисторов — линейные резисторы и нелинейные резисторы (варисторы) — имеют электрические характеристики, слабо зависящие от таких параметров, так температура окружающей среды, вибрация, влажность, освещенность и т. д. Для остальных групп полупроводниковых резисторов характерна существенная зависимость электрических характеристик от этих параметров, поэтому их широко используют в качестве первичных преобразователей неэлектрических величин в электрические. Электрические характеристики терморезисторов сильно зависят от температуры, фоторезисторов — от освещенности, тензорезисторов — от механических напряжений. Тип резисторов Условное обозначение Линейный резистор — полупроводниковый резистор, в Линейные R котором применяется резисторы слаболегированный материал типа Варисторы кремния или арсенида галлия. U Удельное электрическое Терморезисторы: сопротивление такого термисторы, 0 t полупроводника мало зависит от позисторы напряженности электрического Тензорезисторы поля и плотности электрического тока. Поэтому сопротивление Фоторезисторы линейного полупроводникового резистора остается практически постоянным в широком диапазоне напряжений и токов. Полупроводниковые линейные резисторы широко применяют в интегральных микросхемах. Варисторы Варистор — полупроводниковый резистор, сопротивление которого зависит от приложенного напряжения, поэтому его вольтамперная характеристика нелинейна. Полупроводниковым материалом для изготовления варисторов служит карбид кремния. Порошкообразный кристаллический карбид кремния смешивают с глиной и из этой массы прессуют заготовки варисторов в виде стержней или дисков. После обжига при высокой температуре на заготовки методом горячего распыления наносят электроды. Для защиты от внешних воздействий варисторы покрывают электроизоляционным лаком. Нелинейность характеристик варисторов обусловлена локальным (местным) разогревом на контактах между многочисленными кристаллами карбида кремния. Сопротивление контактов при этом существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов. Основные параметры варисторов: коэффициент нелинейности, определяемый как отношение сопротивления постоянному току (статического) R к сопротивлению переменному току (дифференциальному) r: U R I , dU r dI где U и I – напряжение и ток варистора. = 2…6; максимальное допустимое напряжение Umax доп (от десятков вольт до нескольких киловольт); номинальная мощность рассеяния Рном (1…3Вт); -3 -1 К ); Величина ТКС характеризует относительное изменение сопротивления резистора при изменении температуры на 1К. Область применения варисторов: варисторы можно использовать на постоянном и переменном токе с частотой до нескольких килогерц. Они используются для защиты от перенапряжений, в стабилизаторах и ограничителях напряжения, в различных схемах автоматики. Терморезисторы Терморезисторы – это полупроводниковые резисторы, в которых используется зависимость электрического сопротивления полупроводника от температуры. Различают два типа терморезисторов: термистор, сопротивление которого с ростом температуры падает (с отрицательным температурным коэффициентом сопротивления ТКС), и позистор, у которого сопротивление с повышением температуры возрастает (с положительным ТКС). В термисторах (прямого подогрева) сопротивление изменяется или под влиянием тепла, выделяющегося в них при прохождении электрического тока, или в результате изменения температуры термистора при изменении теплового облучения термистора (например, при изменении температуры окружающей среды). Уменьшение сопротивления полупроводника с увеличением температуры может быть обусловлено следующими причинами – увеличением концентрации носителей заряда и увеличением их подвижности. Основные параметры термисторов: номинальное сопротивление – это его сопротивление при определенной температуре (обычно 200С) температурный коэффициент сопротивления терморезистора показывает относительное изменение сопротивления терморезистора при изменении температуры на один градус: 1 dR (2.2) ТКС Т R dT Температурный коэффициент сопротивления зависит от температуры, поэтому его записывают с индексом, указывающим температуру, при которой имеет место данное значение. максимально допустимая температура – это температура, при которой еще не происходит необратимых изменений параметров и характеристик терморезистора; допустимая мощность рассеяния это мощность, при которой терморезистор, находящийся в спокойном воздухе при температуре 200С, разогревается при прохождении тока до максимально допустимой температуры; постоянная времени терморезистора – это время, в течение которого температура терморезистора уменьшается в е раз по отношению к разности температур терморезистора и окружающей среды Терморезисторы применяют для температурной стабилизации режима транзисторных усилителей, а также в различных устройствах измерения, контроля и автоматики (измерения контроля и автоматического регулирования температуры, температурной и пожарной сигнализации и др.). Тензорезисторы Тензорезистор – это полупроводниковый резистор, в котором используется зависимость электрического сопротивления от механической деформации. Назначение – измерение давлений и деформаций. Принцип действия полупроводникового тензоризистора основан на тензорезистивном эффекте – на изменении электрического сопротивления полупроводника под действием механических деформаций. Основные параметры тензорезисторов: номинальное сопротивление тензорезистора – это сопротивление без деформации при t = 200C коэффициент тензочувствительности – отношение относительного изменения сопротивления к относительному изменению R R. длины тензорезистора: К l l предельная деформация тензорезистора. Деформационная характеристика – это зависимость относительного изменения сопротивления тензорезистора от относительной Фоторезисторы. В фоторезисторах используется явление изменения сопротивления вещества под действием инфракрасного, видимого или ультрафиолетового излучения. Основным элементом является полупроводниковая пластина, сопротивление которой при освещении изменяется. Основные параметры фоторезисторов: 1) ВАХ – зависимость тока от напряжения при различных значениях светового потока. Ток при Ф=0 называется темновым током. При Ф>0 – общим током. Разность этих токов наз-ся фототоком. 2) Энергетическая характеристика – зависимость фототока от светового потока при U = const 3) Чувствительность – отношение входной величины к выходной 4) Спектральные характеристики – значения чувствительности в полосе частот 5) Граничная частота – это частота синусоидального сигнала, модулирующего световой поток, при котором чувствительность фоторезистора изменяется в 2 раз по сравнению с чувствительностью при немодулированном потоке. 7. Туннельный диод. Туннельные диоды это полупроводниковые приборы, на вольт-амперной характеристике которых имеется участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Наличие его является следствием проявления туннельного эффекта. В зависимости от функционального назначения туннельные диоды условно подразделяют на усилительные, генераторные, переключательные. Туннельный эффект: просачивание электронов сквозь потенциальный барьер, высота которого больше. Чем энергия носителей заряда. Туннельный пробой наступает тогда, когда напряженность электрического поля возрастает настолько, что становится возможным туннельный переход электронов из валентной зоны полупроводника с электропроводностью одного типа в зону проводимости полупроводника с электропроводностью другого типа. Основные параметры: 1) Ток пика (1 – 10 мА), напряжение пика (~ 0.2 В) (точка 1); 2) Ток впадины, напряжение впадины (0.6 – 0.8 В) (точка 2); 3) Ёмкость, C; 4) Отрицательное сопротивление; 5) Граничная частота; 6) f0 – резонансная частота, при которой общее реактивное сопротивление p-nперехода и индуктивности корпуса обращается в нуль; 7) fR - предельная резистивная частота, при которой активная составляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из p-n-перехода и сопротивлений потерь, обращается в нуль; 8) КШ – шумовая постоянная туннельного диода, определяющая коэффициент шума диода; 9) rП – сопротивление потерь, включающее сопротивление кристалла, контактных соединений и выводов. Разновидностью туннельного диода является обращенный диод. Высокая нелинейность вольт-амперной характеристики при малых напряжениях вблизи нуля (порядка микровольт) позволяет использовать этот диод для детектирования слабых сигналов в СВЧ-диапазоне. 8. Фотодиод Фотодио́д — приёмник оптического излучения, который преобразует попавший на его фоточувствительную область свет в электрический заряд за счёт процессов в p-n-переходе. Основным физическим явлением в фотодиоде является генерация пар электрон-дырка в области p-n-перехода и в прилегающих к нему областях под действием излучения. Электрическое поле p-n-перехода разделяет электроны и дырки. Неосновные носители электричества, для которых поле является ускоряющим, выводятся этим полем за переход. Основные носители задерживаются полем в своей области проводимости. Генерация пар электрон-дырка приводит к увеличению обратного тока диода при наличии обратного напряжения и к появлению напряжения между анодом и катодом при разомкнутой цепи. Фотодиоды удобно характеризовать семейством вольт-амперных характеристик, соответствующих различным световым потокам (световой поток измеряется в люменах, лм) или различным освещенностям (освещенность измеряется в люксах, лк). Пусть вначале световой поток равен нулю, тогда ВАХ фотодиода фактически повторяет ВАХ обычного диода. Если световой поток не равен нулю, то фотоны, проникая в область p-n-перехода, вызывают генерацию пар электрон-дырка. Под действием электрического поля р-n-перехода носители электрода движутся к электродам (дырки — к электроду слоя р, электроны — к электроду слоя n). В результате между электродами возникает напряжение, которое возрастает при увеличении светового потока. При положительном напряжении анод-катод ток диода может быть отрицательным (четвертый квадрант характеристики). При этом прибор не потребляет, а вырабатывает энергию. Фотодиоды являются более быстродействующими приборами по сравнению с фоторезисторами. Они работают на частотах 107—1010 Гц. Фотодиод часто используется в оптопарах светодиод-фотодиод. Основные параметры: 1.Длина волны соответствует макс фото чувствительности 2. Светочувствительность (изменение тока вызванное изменением освещенности) 3. Прямое и обратное напряжение 4.Емкость фотодиода 5.Граничная частота 6. Темновой ток 9. Светодиод полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. При пропускании электрического тока в прямом направлении, носители заряда — электроны и дырки — рекомбинируют с излучением фотонов (из-за перехода электронов с одного энергетического уровня на другой). Чтобы p-n-переход излучал свет, ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света видимого диапазона. Во-вторых, вероятность излучения при рекомбинации электроннодырочных пар должна быть высокой, для чего полупроводниковый кристалл должен содержать мало дефектов, из-за которых рекомбинация происходит без излучения. Чем больше прямой ток, тем больше электронов и дырок поступают в зону рекомбинации в единицу времени, тем больше сила света. Но ток нельзя увеличивать до бесконечности. Из-за внутреннего сопротивления полупроводника и p-n-перехода диод перегреется и выйдет из строя. 1) Прямой ток (номинальный); 2) Прямое падение напряжения; 3) Длина волны излучения; 4) время нарастания импульса излучения 5) время спада импульса излучения В качестве индикаторов, в виде одиночных светодиодов (например индикатор включения на панели прибора) так и в виде цифрового или буквенно-цифрового табло (например цифры на часах) В оптоэлектронных парах –полупроводниковых приборах со светодиодом и фотодиодом(ами), связанных между собой оптически прозрачной средой (применяется для гальванической развязки эл. цепей) Мощные светодиоды используются как источник света в фонарях Светодиоды используются в качестве источников модулированного оптического излучения (передача сигнала по оптоволокну, пульты ДУ, светотелефоны) АЛ307А (букв. цифр. обознач. светодиода) 10. Биполярный транзистор. Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор, имеющий два взаимодействующих p-n перехода и предназначенный для усиления, преобразования и коммутации электрических сигналов. Средний слой и соответствующий вывод называют базой, один из крайних слоев и соответствующий вывод называют эмиттером, а другой крайний слой и соответствующий вывод – коллектором. lб Э + + + + + + - p +n + + + + + К К КП - ЭП p К Б Б p-n-p Э n-p-n Э Б Для получения лучших усилительных свойств при изготовлении биполярных транзисторов выполняют условия: 1) SКП>SЭП 2) lбазы – должен быть малой (~мк) 3) N p Nn N p Область p сильно легированы, а область n слабо легирована. Транзисторы выполняются по разным технологиям: диффузионная, сплавная, эпитаксиальная и др. Э ЭП Прямой Б К КП Обратный Прямой Прямой Обратный Обратный Обратный Прямой Режим работы активный усилительный (нормальный) насыщения отсечки инверсный Усилительный режим работы используется для усиления электрических сигналов в усилителях (TV, радио, звуковые карты). Режима насыщения и отсечки используются в ключевых, коммутационных устройствах для переключения, коммутации, в цифровых логических схемах. Инверсный режим практически не используется (обратный усилительному) При прямом смещении эмиттерного p-n перехода высота потенциального барьера в эмиттерном p-n переходе понижается, и дырки инжектируются из эмиттера в базу. В базе часть дырок рекомбинирует с электронами. Основная часть дырок из-за малой толщины базы оказывается в ускоряющем поле коллекторного перехода и выбрасывается в коллектор, нарушая электрическую нейтральность коллектора. Для компенсации заряда дырок через вывод коллектора от источника U КБ в коллектор входит равное количество электронов, вызывая ток коллектора в противоположном направлении. Одновременно дырки, ушедшие из эмиттера, нарушили элек.нейтральность эмиттера. В результате часть электронов из эмиттера уходит в источник U ЭБ , вызывая ток противополож.напрв. Электроны в базе, рекомбинировавшие с дырками, вызывают через вывод базы приток электронов от источника и ток базы. IЭ I К I Б U ЭБ U КБ U ЭК 0,9 0,999 коэф. передачи тока эмиттеру IК IЭ IК 0 I Ko тепловой (обратный ) ток коллекторного перехода ВАХ транзистора - это зависимости входного и выходного тока транзистора от приложенных напряжений. Такие зависимости надо было бы изображать в трех и более – мерном пространстве. Поэтому ВАХ изображают на плоскости, фиксирую некоторые независимые напряжения. Основные параметры: 1. Статический коэффициент передачи тока (базы) B IК I . Дифференциальный коэффициент К . Iб I Б 2. Обратный ток коллекторного перехода (I ОБР ) 3. емкость коллекторного перехода 4. граничная частота усиления тока – при которой диф.коэф. =1 Предельно-допустимые параметры: 1) ПД ток коллектора 2) ПД напряжение коллектор-эмиттер 3) ПД мощность, рассеиваемая на коллекторе. Эквивалентная схема – это электрическая схема, составленная из пассивных RLC и активных (J, E) элементов напряжение и токи выводов которых равны напряжению и соответствует токам транзистора. r Э - дифференциальное сопротивление прямосмещенного эмиттерного перехода (1 – 10 Ом), r б - диф. сопротив. базы (50 – 150 Ом), r К диф.сопротив.обратносмещенного коллекторного перехода (100 – 400 кОм), С К емкость обратносмещенного коллекторного перехода (1 – 10 пФ), i Э - источник управляемого тока. rК* 0 1 j - диф. коэф. передачи тока 0 rК * 0 , СК СК (1 0 ) , , 1 1 0 1 j 11. Полевой транзистор с управляемым затвором Полевыми транзисторами называют активные полупроводниковые приборы, в которых выходным током управляют с помощью электрического поля (в биполярных транзисторах выходной ток управляется входным током). Полевые транзисторы называют также униполярными, так как в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители. Различают два вида полевых транзисторов: с управляющим переходом и с изолированным затвором. Основные физические процессы. Подадим положительное напряжение между затвором и истоком транзистора с каналом р-типа: изи > 0. Оно сместит pn-переход в обратном направлении. При увеличении обратного напряжения на p-n-переходе он расширяется в основном за счет канала (удельное сопротивление слоя п (затвора) намного меньше удельного сопротивления слоя р (канала)). Увеличение ширины р-п перехода уменьшает толщину канала и, следовательно, увеличивает его сопротивление. Это приводит к уменьшению тока между истоком и стоком. Именно это явление позволяет управлять током с помощью напряжения и соответствующего ему электрического поля. Если напряжение U ЗИ достаточно велико и равно напряжению отсечки U ЗИ.ОТС , канал полностью перекрывается областью p-n-перехода. В рабочем (не аварийном) режиме р-л-переход должен находиться под обратным или нулевым напряжением. Поэтому в рабочем режиме ток затвора примерно равен нулю (/3= 0), а ток стока ic примерно равен току истока iu . Важно учитывать, что на ширину ^-«-перехода и толщину канала прямое влияние может оказывать напряжение между истоком и стоком иис Пусть ииз = 0 (между истоком и затвором включена закоротка) и подано положительное напряжение иис . Это напряжение через закоротку окажется поданным на промежуток затвор — сток, т. е. окажется, что изс = иис и что p-n-переход находится под обратным напряжением. Обратное напряжение в различных областях р-n-перехода различно. В областях вблизи истока это напряжение практически равно нулю, а в областях вблизи стока это напряжение равно величине иис. Поэтому p-n-переход будет шире в тех областях, которые ближе к стоку. Обычно считают, что напряжение в канале от истока к стоку увеличивается линейно. 12. Полевой транзистор с изолированным затвором. В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника слоем диэлектрика, в качестве которого в кремниевых приборах обычно используется двуокись кремния. Эти транзисторы обозначают аббревиатурой МОП (металлокисел-полупроводник) и МДП (металл-диэлектрик-полупроводник). В так называемых транзисторах со встроенным (собственным) каналом (транзистор обедненного типа) и до подачи напряжения на затвор имеется канал, соединяющий исток и сток. В так называемых транзисторах с индуцированным каналом (транзистор МДП-транзистор со встроенным каналом. Канал может иметь проводимость как р-типа, так и n-типа. Режиму обеднения соответствует положительное напряжение изи. При увеличении этого напряжения концентрация дырок в канале уменьшается (так как потенциал затвора больше потенциала истока), что приводит к уменьшению тока стока. Если напряжение изи больше напряжения отсечки, т. е. если u3U>U3ll отс,.то канал не существует и ток между истоком и стоком равен нулю. Режиму обогащения соответствует отрицательное напряжение изи. При этом чем больше модуль указанного напряжения, тем больше проводимость канала и тем больше ток стока. На ток стока влияет не только напряжение изи, но и напряжение между подложкой и истоком ипи. Однако управление по затвору всегда предпочтительнее, так как при этом входные токи намного меньше. Кроме того, наличие напряжения на подложке уменьшает крутизну. Подложка образует с истоком, стоком и каналом p-n-переход. При использовании транзистора необходимо следить за тем, чтобы напряжение на этом переходе не смещало его в прямом направлении. На практике подложку подключают к истоку (как показано на схеме) или к точке схемы, имеющей потенциал, больший потенциала истока (потенциал стока в приведенной выше схеме меньше потенциала истока). МДП-транзистор с индуцированным (наведенным) каналом. Канал может иметь проводимость как p-типа, так и n-типа. При нулевом напряжении изи канал отсутствует (рис. 1.102) и ток стока равен нулю. Транзистор может работать только в режиме обогащения, которому соответствует отрицательное напряжение изи. При этом ииз>0. Если выполняется неравенство ииз> Uu3nopoi, где UU3nopoi — так называемое пороговое напряжение, то между истоком и стоком возникает канал р-типа, по которому может протекать ток. Канал р-типа возникает из-за того, что концентрация дырок под затвором увеличивается, а концентрация электронов уменьшается, в результате чего концентрация дырок оказывается больше концентрации электронов. Описанное явление изменения типа проводимости называют инверсией типа проводимости, а слой полупроводника, в котором оно имеет место (и который является каналом), — инверсным (инверсионным). Непосредственно под инверсным слоем образуется слой, обедненный подвижными носителями заряда. Инверсный слой значительно тоньше обедненного (толщина инверсного слоя 1 • 10~9 ...5 • 10~9 м, а толщина обедненного слоя больше в 10 и более раз).
