Еднопреходни транзистори


Категория на документа: Други


Където UM e напрежението на лавинния пробив , UC е напрежението на колектора
От израза (2) се вижда , че за UC<
Фиг.1 лавинен транзистор
а) свързан по схема. б) изходни характеристики при малки токове в) изходни характеристики при големи токове.

Напрежението , при което М добива такава стойност , че αМ=1 се нарича прагово напрежение Uпраг.(фиг.1).При напрежение UC >Uпраг , αM>1.За лавинния транзистор областта на колекторните напрежения , при които коефициентът на усилване по ток αМ>1 , трябва да бъде заключена между напрежението на лавинния пробив UM и праговото напрежение Uпраг.За устойчива работа на транзистора е необходимо тази област да бъде по възможност най- широка т.е. отношението UпрагUM да бъде минимално.За N германий със специфично съпротивление от 0,2 до 0,5Ωcm и α=0,96-0,98 това отношение се получава от 0,25до 0,35 . т.е работната област на колекторните напрежения може да бъде достатъчно широка (65-70% от напрежението на лавинния пробив и).
Нека да разгледаме входа на колекторните характеристики в работната област на лавиния транзистор.При нормален режим на работа на плоскостния транзистор разгледахме семейството характеристики при условие , че емитерния преход е отпушен т.е. IВ>0.Когато колекторното напрежение Uc се изменя в интервала от 0 до Uпраг , коефициентът на усилване на ток α <1.Две такива характеристики са показани с прекъсната линия на фиг.1 б) и в).
За да се получи характеристика с ,,отрицателен участък " , е необходимо емитерния прехода да бъде запушен до напрежението U0>Uпраг.За това източникът ЕВ от фиг.1б) е включен с положителния си полюс към базата и трябва да бъде с достатъчно голямо напрежение.При запушен емитерен преход токът IЕ=0 и в колекторната верига протича ток IC=MICB0 (участък2). С увеличаване на колекторното напрежение коефициентът М расте и при определена стойност М(респективно Uc) емитерния преход се отпушва.Напрежението, при което се отпушва емитерния преход е отбелязано с U0.Съпротивленията RB I RC трябва да се избират така , че отпушването да настъпи при при U0>Uпраг. По нататък с увеличаване на колекторното напрежение Uc диференциалното съпротивление rc на транзистора става нула.(критичната точка а). , след което сменя знака си и добив отрицателни стойности.Това е областта 3 от волт- амперната характеристика на лавинния транзистор , която се характеризира с отрицателно диференциално съпротивление rc .При изменение на напрежението ЕВ (или тока IВ) може да се получи семейство характеристики аналогочни на начертаната с плътна линия характеристика .
1Лавинно - инжекционни транзистори
Работата на биполярния транзистор е основана на инжекция директно от различен емитерен преход в базовата област на първичните носители(електроните на n-p-n транзисторите).След като преминат с известна загуба ( вследствие на рекомбинация) при базовата област , те се събират от колектора и създават ток на колектора, който е малко по малък от тока на емитера.Последното отразява коефициента на предаване на тока на емитера α<1.
При лавинно- инжекционните транзистори (ЛИТ) към това се добавя механизъм на лавинно умножаване на първичните носители в областта на обемния заряд (ООЗ) на колекторния преход при голямо обратно напрежение в него.Това се случва не в цялата ООЗ , а само в частта с максимално напрежение на електрическото поле.След като попаднат в тази област на ООЗ, първичните носители деполяризират връзките между електроните и дупките в кристалната решетка и пораждат вторични електронни двойки с дупки (вакантни места).Вторичните електрони заедно с първичните се прехвърлят в колектора и създават колекторен ток IK=M(αIE+IK0), който нараства М пъти .Тук М>1 - коефициент на лавинно умножение на носителите.
Вторичните дупки се прехвърлят с полето на ООЗ в основата и създават в нея излишен заряд на основните носители.Той намалява потенциалната бариера на емитерния преход и увеличава инжекцията на носителите в основната област.Възниква своеобразен маханизъм със слабоинерционна вътрешна положителна обратна връзка по тока. При голямо напрежение в колектора неговата ООЗ се разширява , а дебелината на основната област намалява.Това заедно с увеличената скорост на движението на носителите с силно поле на ООЗ повивана скоростта на ЛИТ.При някой транзистори настъпва затваряне на ООЗ- прехода и времето му за включване рязко нараства .Този ефект обаче е нестабилен и е характерен за малък брой плоскостни транзистори :
Конструират ги така, че да се избегне свързване , даже при напрежение на колектора близко до UM
При αМ>1 ЛИТ придобиват качествено ново свойство:те стават негатрони т.е. уреди с управляеми S и N - образни волт- амперни характеристики (ВАХ) , които имат участъци с отрицателно съпротивление и проводимост ( в зависимост от схемата на включване.)
За да се изчисли М в p-n прехода , обикновено се използва израза известен като формула на Милер:
М=I(U)I0=11-UUMn (1)
Тук n=6за n+-p преход; n =3 за германиеви p+-n преходи и n=2 и 3,5 за силициеви n+-p и p+-n преходи.От този израз излиза , че М е малко повече от 1 при малко U , но М→∞ при напрежение , с тенденция към напрежение на лавинния пробив на колекторния преход UM фиг.1. Най- големи стойности М достига при германиеви p-n-p и при силициеви n-p-n транзистори.Те се използват като лавинни.(фиг.1)
Фиг.1

Фиг.1 Зависимостта на коефициента на лавинно умножаване на М от напрежението в колекторния преход U за различни n
Oт условието αМ=1 може да се намери напрежението на пробив при откъсването на основата:
Uβ= UMn1-α (2)
To представлява ( в зависимост от α) 0,2-0,5 ) 0,2-0,5 UM фиг.2

Фиг.2 ВАХ за схема за включване на транзистор колектор- основа (дясната крива) и колектор - емитер с откъсната основа.
Напрежнието на пробива в тези схеми съществено се отличава като UM>Uβ . В диапазона на напрежението ;


Транзистора има значение αМ>1 и проявява свойства на негатрон.Лавинно-инжекционните транзистори имат лесно управляеми , както S образни , така и N образни (ВАХ) фиг.3

Фиг.3 Схеми на включване на лавинен p-n-p транзистор и съответстващите им ВАХ
а) от страната на колектора; б)от страната на емитера; в) от страната на основата

Напълно е възможно управлението на всички тези ВАХ чрез осветяване на структурата на лавинните транзистори.На това се основава работата на лавинните фототранзистори.Сам по себе си механизмът на лавинното умножаване има много малка инерциалност:времето за получаване на лавинния пробой е около 10-11 - 10-12 s.Скоростта на ЛИТ обаче се определя не толкова от него , а и от общите механизми на преноса на носителите посредством областта на базата и капацитета на транзисторния преход.
2.ЛАВИННИ ТРАНЗИСТОРИ С ОГРАНИЧЕНА ОБЛАСТ НА ОБЕМНИЯ ЗАРЯД (ЛТООЗ)
Причините за аномално високата скорост на биполярните транзистори (особено силициевите n+-p-n-n+ планарно- епитаксални) се крият във ефект на разширяване на ООЗ на колекторния преход дълбоко в базата , при ръстът на колекторния ток даже при спад на напрежението в колектора.Разширяването на ООЗ възниква нагоре до динамичното (временно) свързване на основната граница на ООЗ на колекторния преход с ООЗ на емитерен преход в условия на двойна (обикновена и лавинна) инжекция на носителите в затворената ООЗ на основната област на транзистора.След съединяването на преходите разширяването на ООЗ (ограничена от нискоомови области на емитера и колектора) се преустановява и тя заедно със съдържащата се в нея плазма изпълнява ролята на разряден промеждутък.

Този ефект се получава при големи токове на колектора и коефициент на лавинно умножение М , който надвишава някаква напълно умерена критична стойност Мкр . Приблизително се оценява като (3,4,9,10):
М>Мкр=(vp+vn)/vn
Където vp и vn са скорости на насищане на дупките и електроните в ООЗ на колекторния преход.На него съответства известна критична стойност на напрежението Uкр .Обикновено тя е в интервала между напреженията Uβ и UM
При този зарядът на вторичните носители надвишава заряда на първичните носители и ООЗ на колектора се разширява , а не се стеснява , като в нормалния режим на работа на транзистора (последният ефект е наречен ефект на Кирк и намалява скоростта на транзисторит в областта на големите токове Ефектът на Кирк в нормален режим има място при всички плоскостни транзистори и води до забележим спад след граничната честота на транзистора ʄТ с ръст на тока на колектора.
Фиг.10 физика на работата на ЛТОООЗ на структура n+-p-n-n+

Наблюдава се и в специалните лавинни транзистори при работа в нормален режим.При М>Мкр обаче основната ООЗ преобладава заряд на вторични , а не на първични носители затова с ръст Iк областта на базата се свива напълно до нейното съединяване с емитерния преход (фиг10).При това от времето на преноса се определя отношението на размерите на ООЗ към пределната скорост на вторичните носители и представлява част от наносекундата.
3.ПРИЛОЖЕНИЕ НА ЛАВИННИТЕ ТРАНЗИСТОРИ .

Лавинните транзистори могат да се използват в генераторите на импулси с продължителност на фронта на генериралия импулс десетки и стотици наносекунди и с голяма амплитуда на тока на импулса , защото техните честотни свойства не са по лоши от тези на обикновените биполярни транзистори.Те са работоспособни до температура 100ОСи повече .До 50оС съществено изменение на параметрите не се наблюдава.

3.1.Приложение на лавинни транзистори в схеми на възбуждане на антени.



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Еднопреходни транзистори 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.