2

СТАВРОПОЛЬСКОЕ ВЫСШЕЕ ВОЕННОЕ ИНЖЕНЕРНОЕ УЧИЛИЩЕ СВЯЗИ

Кафедра радиоэлектроники

«УТВЕРЖДАЮ»
НАЧАЛЬНИК КАФЕДРЫ №5						Экз.№
полковник		В. Никулин
			199 г.

ЛЕКЦИЯ

по учебной дисциплине

Электронные, твердотельные приборы и микроэлектроника

для курсантов

2 –х курсов СВВИУС

Тема:

№ 8

Переключающие полупроводниковые приборы

Лекция	№ 16	Переключающие транзисторы
				Обсуждено на заседании кафедры (ПМК)
								199 г.
				Протокол №

Ставрополь 1997 г.

Учебные и воспитательные цели:
Время ........................	90 мин.
Учебно-материальное обеспечение
Распределение времени лекции
Вступительная часть ........................	мин.
Проверка готовности курсантов к лекции..............................	5 мин.
Учебные вопросы лекции 1. Принцип действия, характеристики и параметры однопереходного транзистора. 2. Принцип действия, характеристики и параметры лавинного транзистора. Заключение	мин.
Задание курсантам для самостоятельной работы..................	мин.

1. Принцип действия, характеристики и параметры однопереходного транзистора.

Однопереходный транзистор– это трехэлектродный полупроводниковый прибор с однимp-nпереходом и двумя невыпрямляющими контактами к базовой области, предназначенный для усиления и генерации электромагнитных колебаний при модуляции сопротивления базы в результате инжекции черезp-nпереход неосновных носителей заряда.

а)

б)

Рис.1. Структура (а) и эквивалентная схема (б) однопереходного транзистора

Структура однопереходного транзистора и его эквивалентная схема показаны на рис. 1.

Транзистор представляет собой монокристаллическую пластину, изготовленную из слаболегированного кремния n-типа, с двумя омическими контактами иp-nпереходом.Выводы от омических контактов называют первой Б1 и второй Б2 базами, а от p-слоя управляющего перехода – эмиттером Э.

Область эмиттера (область с электропроводностью p-типа) должна быть легирована сильнее, чем область базы (область с электропроводностьюn-типа), для того, чтобы при прямом включении эмиттерного перехода прямой ток через него имел в основном лишь дырочную составляющую. В этом случае из-за инжекции неосновных носителей заряда в базу транзистора и из-за накопления основных носителей, будет происходить уменьшение сопротивления базы (модуляция) и увеличение тока между невыпрямляющими контактами к базе или тока в цепи нагрузки.

Если на базовые выводы прибора подано межбазовое напряжение U_Б2Б1, то из-за прохождения токаI_Б2вдоль базы будет существовать продольное падение напряжения. Обозначим падение напряжения на части базы протяженностьюl₁ (рис. 1, а) какU_вн. Это падение напряжения смещаетp-nпереход в обратном направлении. Поэтому при напряжении на эмиттереU_ЭБ1 <U_вн p-nпереход смещен в обратном направлении и во входной цепи проходит лишь небольшой обратный токI_ЭБО(рис. 2, а).

Если же входное напряжение, поданное на эмиттер относительно базы Б₁, превыситU_вн, тоp-nпереход открывается и начинается инжекция неосновных носителей заряда (дырок) в базу. Вначале инжекция происходит только через частьp-nперехода, ближе к первому контакту базы Б₁. В результате сопротивление части базы протяженностьюl₁уменьшается, что приводит к еще большему смещениюp-nперехода эмиттера в прямом направлении. Такой процесс развивается лавинообразно, в результате чего рост тока эмиттера сопровождается снижением напряжения на эмиттере, что соответствует появлению на входной статической характеристике участка с отрицательным дифференциальным сопротивлением (рис. 2, а).

Когда слой базы Б₁насыщается зарядами и его сопротивление перестает уменьшаться, рост тока эмиттера возможен только при повышении напряжения на эмиттере. При этом имеет место переход от участка характеристики с отрицательным сопротивлением к участку с положительным.

Таким образом, однопереходный транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях – в закрытом, которое характеризуется относительно большими сопротивлениями между различными выводами однопереходного транзистора, и в открытом (или в состоянии насыщения), характеризующемся относительно малыми сопротивлениями.

В открытом состоянии однопереходный транзистор будет находиться до тех пор, пока инжекция носителей заряда через эмиттерный переход будет поддерживать в базе избыточную концентрацию неосновных и основных носителей заряда, т. е. до тех пор, пока ток эмиттера будет превышать значение тока выключения I_выкл.

а)

б)

Рис. 2. Входная (а) и выходные (б) статические характеристики однопереходного транзистора

Выходные, или межбазовые, статические характеристикиоднопереходного транзистора представляют собой зависимости тока через второй базовый вывод от межбазового напряжения при определенных значениях тока эмиттера (рис. 2, б).

При I_Э= 0 выходная характеристика представляет собой прямую линию.

При отличных от нуля прямых токах эмиттера выходные характеристики оказываются нелинейными, так как суммарное напряжение на эмиттерном переходе изменяется зависит от выходного тока I_Б2.

Нетрудно определить коэффициент передачи однопереходного транзистора по току. При большой напряженности электрического поля в базе можно пренебречь диффузией носителей заряда и учитывать только дрейфовые токи:

(1)

где S – площадь поперечного сечения базы (для токаI_Б2);

p_n и n_n – концентрация носителей заряда в базовой области.

Допустим, что ток эмиттера увеличился на. Тогда в базе увеличится концентрация дырок наи одновременно для сохранения электрической нейтральности в базу из невыпрямляющих контактов войдет такое же количество основных носителей заряда ().

Так как

(2)

и

(3)

то коэффициент передачи тока равен

(4)

При этом предполагалось, что эффективность эмиттера близка к единице и коэффициент переноса заряда по базе также близок к единице в связи с малым временем дрейфа носителей в базе по сравнению с временем их жизни.

Так как подвижность электронов в большинстве полупроводников превышает подвижность дырок в том же материале, то для однопереходных транзисторов выгоднее применять исходный материал с проводимостью n-типа.

Важнейшими параметрами однопереходного транзистора являются:

• ток включения I_вкл;

• максимально допустимая рассеиваемая мощность P_max;

• межбазовое сопротивление R_б1б2.

В частности, транзистор КТ117А имеет следующие параметры:

I_вкл= 20 мкА, P_max = 300 мВт,R_б1б2= 4…9 кОм.

Однопереходный транзистор, как всякий прибор с отрицательным дифференциальным сопротивлением, может быть использован в качестве переключателей, генераторов и усилителей. При этом он может обеспечить усиление как по мощности и напряжению, так и по току.

Таким образом, принцип действия однопереходного транзистора хотя и связан с инжекцией неосновных носителей в базу, но существенно отличается от принципа действия обычного биполярного транзистора.

К достоинствам однопереходных транзисторов следует отнести высокую стабильность параметров, малую стоимость и высокую надежность.

В то же время в связи с относительно большим объемом базы однопереходные транзисторы значительно уступают обычным биполярным транзисторам по частотным свойствам.