Полупроводниковые приборы Электропроводность полупроводников (стр. 2 )

       В симметричных диодных и триодных тиристорах обратная ветвь ВАХ совпадает с прямой. Это достигается встречно – параллельным включением двух одинаковых четырехслойных структур или применением специальных пятислойных структур с четырьмя р-п-переходами.

Биполярные транзисторы

       Биполярным транзистором называют электропреобразовательный прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводимости, пригодный для усиления мощности.

       Здесь ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок. С помощью трехслойной структуры из п/проводников различной электропроводности создаются два р-п - перехода. Если чередовать участки с различной электропроводимостью все  биполярные транзисторы подразделяются на два типа р-п-р  (рис1) и п-р-п (рис 2)

Транзисторы принято подразделять на группы по диапазонам используемых частот и мощностей.

       Средний слой биполярных транзисторов называется базой (Б),наружный слой, являющийся источником носителей заряда (электронов или дырок), создающий ток – эмиттер (э), другой наружный слой – коллектор(К). Он принимает носители заряда, поступающего от эмиттера.

       На переход эмиттер – база напряжение Uэб подается в прямом направлении, поэтому даже при небольших напряжениях в нем  возникают значительные токи. На проход коллектор-база напряжение Uкб подается в обратном направлении. Оно обычно в несколько раз больше напряжения между эмиттером и базой. Здесь базовый электрод считается общим для эмиттерной и коллекторной цепей. Такая схема включения – схема с общей базой (рис. а), эмиттерная цепь при этом является входной, а коллекторная – выходной. Применяется достаточно редко. 

  Рис. А  Рис. Б

       

В качестве основной схемы принята схема включения, в которой общим электродом для входной и выходной цепей является эмиттер – схема с общим эмиттером (Рис. б). Для этой схемы входной контур проходит через переход база – эмиттер и в нем возникает ток базы

<<

Малое значение тока базы во входном контуре и обусловило широкое применение схемы с общим эмиттером.

ВАХ биполярных транзисторов

Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора Ib=f1(Uбэ) называют входной или базовой характеристикой транзистора.

       Зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока базы (Ik=f2(Uкэ)Iб=const ) называется семейством выходных (коллекторных) характеристик транзистора.

Входные и выходные характеристики биполярных транзисторов средней мощности типа п-р-п приведены на рисунках.

На рис. 1 видно, что входная характеристика практически не зависит от Uэк. Выходные характеристики приблизительно равноудалены друг от друга и почти прямолинейны в широком диапазоне изменения напряжения Uэк.

       Все характеристики транзисторов, так же как и п/п диодов сильно зависят от температуры. С повышением температуры резко возрастает начальный ток коллектора, что вызывает увеличение или резкое отклонение от норм и стандартов Uбэ, а также приращений ΔIб,  ΔIк и ΔUэк. Это приводит к нарушению р-п слоев и пробою на переходах коллектор – эмиттер и эмиттер – база. Чтобы избежать таких явлений применяется принудительное охлаждение транзисторов (вентиляторы, радиаторы и т. д.)

       Для повышения мощности Рк мах выпускаются транзисторные сборки, в которых транзисторы соединены одноименными выводами, насчитывающими несколько десятков транзисторов.

       Маломощные транзисторы обычно используются независимо. Биполярные транзисторы являются п/п усилительными приборами универсального назначения и широко применяются в различных типах усилителей, генераторов, логических и импульсных устройствах.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор – электропреобразовательный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком, и который предназначен для усиления мощности электромагнитных колебаний.

Основные параметры полевого транзистора: сток, исток, затвор и канал.

       Канал – центральная часть транзистора. Электрод, из которого в канал входят основные носители зарядов, называется истоком. Электрод, через который основные носители зарядов уходят из канала – стоком. Электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала, называется затвором.

В полевых транзисторах ток определяется движением носителей только одного знака. Изготавливаются из кремния и в зависимости от электропроводности исходного материала подразделяют на транзисторы с р-каналом и п-каналов.

Полевой транзистор с управляющим переходом – транзистор, у которого затвор электрически отделен от канала закрытым р-п-переходом

Структурная схема и схема включения  полевого транзистора с затвором в виде р-п-перехода.

1,2 –области канала и затвора соответственно.

3, 4, 5 – выводы истока, стока и затвора соответственно.

В транзисторе с п-каналом основные носители зарядов в канале являются электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуя ток стока IC. Между затвором и истоком приложено напряжение, запирающее р-п-переход, образованный п-областью канала и р-областью затвора. Т. о., в полевом транзисторе с п-каналом полярности приложенных напряжений следующие: Uси> 0, Uзи ≤ 0. В транзисторе с р-переходом  Uси 0,  Uзи≥ 0

А) входная  Б)передаточная

Здесь зависимость тока стока от напряжения при Uзи= const определяют выходные или стоковые. Отрицательное значение напряжения Uзи между затвором и стоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений Uси и  Iс. Участок насыщения является рабочей областью выходной характеристики полевого транзистора.

Дальнейшее увеличение Uси приводит к пробою р-п-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя. По выходным характеристикам может быть построена передаточная  характеристика  Iс=  f(Uзи) (рис. Б). На участке насыщения она практически не зависит от  Uси.

Входная характеристика – зависимость тока утечки затвора Iз от Uзи затвор – исток, практически  не используется, т. к. при  Uзи≤ 0 р-п-переход между затвором и каналом закрыт и ток затвора очень мал, следовательно, им можно пренебречь.

  Полевой транзистор с изолированным затвором – полевой транзистор, затвор которого электрически отделен от канала слоем диэлектрика. Здесь для уменьшения тока утечки затвора Iз между металлическими затворами и п/п каналом находится тонкий слой диэлектрика, обычно окись кремния, а р-п-переход отсутствует. Они имеют название МДП – транзисторы или МОП – транзисторы. ВАХ данных транзисторов аналогичны характеристикам транзисторов с затвором в виде р-п-перехода. Изолированный затвор позволяет работать в области положительных напряжений между затвором и истоком:  Uзи> 0. В этой области происходит расширение канала и увеличение токов стока Iс.

Основные параметры полевых транзисторов:

крутизна характеристики передачи

, при Uси = const

дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения

, при Uзи = const

В качестве предельно допустимых параметров нормируются:

максимальное допустимые напряжения  Ucu max и  Uзu max максимально допустимая мощность стока Pc max максимально допустимый ток  стока Ic max

Полевые транзисторы с коротким каналом являются высокочастотными приборами и могут работать на частотах до 100 МГц.

Маркировка п/п приборов.

Общетехнические и экономические характеристики.

Общетехнические и экономические характеристики:

масса – определяется в основном массой корпуса и выводов: бескорпусные – 0,01-0,1 грамм, в металлическом корпусе – 1-10 гр., маломощные диоды, тиристорные сборки и тиристоры – 0,1-0,5 кг. механическая прочность. П/п выдерживают вибрационные ускорения (10-100)g, удары с ускорением (50-500)g. рабочие температуры: для германиевых от (-40- -60) до +60-+800С;  для кремниевых верхний предел +100- +1500С. надежность при правильной эксплуатации 105-107час.(рабочее состояние при безотказной работе). Давление окружающей среды от 7*102 до 3*105 Па. стоимость по сравнению с лампами при массовом изготовлении довольно низка.

Маркировка имеет буквально – цифровой код.

Первый элемент определяет исходный п/п материал:

Г  или 1 – германиевый

К или 2 – кремниевый

А или 3 соединения галлия

Второй элемент – буквенный – определяет класс прибора

Т – транзисторы биполярные

П – полевые

Д – диоды выпрямительные

Ц  - выпрямительные столбы и блоки

А – диоды СВЧ

В – варикапы

И – диоды туннельные и обращенные

С – стабилитроны и стабисторы

Н - тиристоры диодные до 10 А

У – тиристоры триодные до 10 А.

Третий элемент – цифры от 1 до 99 – определяют диапазон основных параметров прибора (мощность, частота, основное назначение, и т. д.)

Четвертый – двухзначное число от 01 до 99 – номер разработки.

Пятый – буквы русского алфавита от А до Я – деление технологического типа на параметрические группы (по обратному напряжению, коэффициенту передачи и т. д.)

Примеры:

ГТ 308 В – германиевый транзистор, высокочастотный малой мощности (3), номер разработки 08, с коэффициентом передачи тока базы 50-120 (В).