Реферат: Анализ и моделирование биполярных транзисторов

Содержание

Курсовойработы по дисциплине Радиоэлектроника I.

Тема:Анализ и моделирование биполярных транзисторов.

    

1.<span Times New Roman"">           

Задание.

2.<span Times New Roman"">           

Введение.

3.<span Times New Roman"">           

Технологияизготовления биполярного транзистора КТ 380.

4.<span Times New Roman"">           

Анализ процессовв биполярном транзисторе.

5.<span Times New Roman"">           

Статическиехарактеристики биполярного транзистора включенного по схеме с общим эмиттером,общей базой и общим коллектором.

6.<span Times New Roman"">           

Анализэквивалентнах схем биполярного транзистора.

7.<span Times New Roman"">           

Н – параметрыбиполярного транзистора.

8.<span Times New Roman"">           

Работабиполярного транзистора на высоких частотах.

9.<span Times New Roman"">           

Работабиполярного транзистора в импульсном режиме.

10.<span Times New Roman"">      

Математическая модель биполярного транзистора.

11.<span Times New Roman"">      

Измерение параметров биполярного транзистора.

12.<span Times New Roman"">      

Основные параметры биполярного транзистора.

13.<span Times New Roman"">      

Применение биполярных транзисторов в электронныхсхемах(на примере радиомикрофона ).

14.<span Times New Roman"">      

Литература.

2.  Введение.

Историческа<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> справка.Объем исследований по физике твердого тела нарастал с 1930-х годов, а в 1948было сообщено об изобретении транзистора. За созданием транзистора последовалнеобычайный расцвет науки и техники. Был дан толчок исследовани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>м в области выращивани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>кристаллов, диффузии в твердом теле, физики поверхности и во многих другихобласт<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>х. Были разработаны разныетипы транзисторов, среди которых можно назвать точечный германиевый и кремниевыйс выращенными переходами, полевой транзистор (ПТ) и транзистор со структуройметалл – оксид – полупроводник (МОП-транзистор). Были созданы также устройствана основе интерметаллических соединений элементов третьего и п<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>того столбцов периодической системы Менделеева;примером может служить арсенид галли<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>.Наиболее распространены планарные кремниевые, полевые и кремниевыеМОП-транзисторы. Широко примен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> также такие разновидности транзистора, кактриодные тиристоры и симисторы, которые играют важную роль в технике коммутациии регулировании сильных токов.

         В 1954 было произведено немногим более1 млн. транзисторов. Сейчас эту цифру невозможно даже указать. Первоначальнотранзисторы стоили очень дорого. Сегодн<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>транзисторные устройства дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>обработки сигнала можно купить за несколько центов.

Без транзисторов не обходитс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>не одно предпри<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тие, котороевыпускает электронику. На транзисторах основана вс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>современна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> электроника. Их широкопримен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ют в теле, радио икомпьютерных аппаратурах.

Транзисторыпредставл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ют собой полупроводниковыеприборы с двум<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> p-n-переходами. Впростейшем случае транзисторы состо<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тиз кристалла германи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> и двух остриёв(эмиттер и коллектор), касающихс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>поверхности кристалла на рассто<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>нии20-50 микронов друг от друга. Каждое остриё образует с кристаллом обычный выпр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мительный контакт с пр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мойпроводимостью от остри<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> к кристаллу.Если между эмиттером и базой подать напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жениепр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мой пол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рности,а между коллектором и базой — обратной пол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рности,то оказываетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, что величина токаколлектора находитс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в пр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мой зависимости от величины тока эмиттера.

Плоскостной транзистор состоит изкристалла полупроводника (германи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>,кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, арсенида, инди<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, астата, и др.), имеющего три сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> различной проводимости p и n. Проводимость типа pсоздаётс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>избыточными носител<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ми положительныхзар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>дов, так называемыми«дырками», образующиес<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> вслучае недостатка электронов в слое. В слое типа nпроводимость осуществл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> избыточными электронами.

<img src="/cache/referats/19105/image002.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рис 1-1.  n-p-nтранзистор

Таким образом, возможны два типаплоскостных транзисторов: p-n-p, в котором два сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>типа p(например, германи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>)разделены слоем n, n-p-n, в котором два сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>типа nразделены слоем типа p.

Из транзисторов можно составить схемы различныхназначений. Например можно собрать усилители тока, мощности, усилители звуковыхчастот, декодеры аудио, видео, теле-радио сигналов, а также простейшие логическиесхемы, основанные на принципе и-или-не.

         ТранзисторыКТ380 – кремниевые эпитаксиально-планарные p-n-pуниверсальные высокочастотныемаломощные.

         Предназначеныдл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> работы в переключающих схемах, всхемах усилителей высокой частоты герметезированой аппаратуры.

         Бескорпусные,с гибкими выводами с гибкими выводами, с защитным покрытием. Транзисторыпомещаютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в герметическую заводскуюупаковку. Обозначение типа и цоколевка привод<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в паспорте.

         Массатранзистора не более 0,01 г.

3.  Технологи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>изготовлени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> бипол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рного транзистора КТ380.

         Эпитаксиальна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>технологи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> позвол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет расширить рабочий диапазон транзисторов,особенно ключевых, за счет уменьшени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>последовательного сопротивлени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>коллектора. Она основана на выращивании очень тонкого сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>полупроводника (достаточного дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>формировани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> активных элементов)поверх исходного сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> того же самогоматериала. Этот эпитаксиальный слой представл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етсобой продолжение исходной кристаллической структуры, но с уровнем легировани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, необходимым дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>работы транзистора. Подложку сильно легируют (до содержани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> легирующей примеси пор<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>дка0,1%), тщательно полируют и затем промывают, поскольку дефекты на поверхностиподложки сказываютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> на совершенствеструктуры эпитаксиального сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>.

         Выращивание совершенногоэпитаксиального сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> – очень сложныйпроцесс, требующий тщательного выбора материалов и поддержани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> исключительной общей чистоты в системе. Слойвыращиваетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> методом химическогоосаждени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> из паровой фазы, обычно изпаров тетрахлорида кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> SiCl4.При этом используетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> водород,который восстанавливает SiCl4 до чистого кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, осаждающегос<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>затем на подложке при температуре около 1200 0С. Скорость ростаэпитаксиального сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> – пор<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>дка 1 мкм/мин, но ее можно регулировать. Дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> легировани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в рабочую камеру ввод<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т мышь<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>к(примесь n-типа), фосфор (n-тип) или бор (p-тип). Обычновыращивают только один слой, но в некоторых случа<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>х,например при изготовлении многослойных тиристоров, получают два сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> – один n, а другой p-типа. Толщинаэпитаксиального сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> составл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет от нескольких микрометров дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> сверхвысокочастотных транзисторов до 100 мкм дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> высоковольтных тиристоров. Эпитаксиальный материалдает возможность изготавливать транзисторы дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>усилителей и электронных ключей.

         В противоположность технологиимезаструктур, при которой диффузи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>происходит равномерно по всей поверхности полупроводника, планарна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> технологи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>требует, чтобы диффузи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> былалокализована. Дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> остальной частиповерхности необходима маска. Идеальным материалом дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>маски <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> диоксид кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>,который можно наращивать поверх кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>.Так, сначала в атмосфере влажного кислорода при 1100 0С выращиваютслой диоксида толщиной около 1000 нм (это занимает примерно час с четвертью).На выращенный слой нанос<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тфоторезист, который может быть сенситизирован дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>про<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>влени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ультрафиолетовым светом. На фоторезист накладывают маску с контурами базовыхобластей, в которых должна проводитьс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>диффузи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> (их тыс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>чи на одной подложке), и экспонируют фоторезист подосвещением. На участках, не закрытых непрозрачной маской, фоторезистзатвердевает под действием света. Теперь, когда фоторезист про<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>влен, его легко удалить растворителем с тех мест,где он не затвердел, и на этих местах откроетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>незащищенный диоксид кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>. Дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> подготовки подложки к диффузии незащищенныйдиоксид вытравливают и пластинку промывают. (Здесь речь идет об «отрицательном»фоторезисте. Существует также «положительный» фоторезист, который, наоборот,после освещени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> легко раствор<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>.)Диффузию провод<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т как двухстадийныйпроцесс: сначала некоторое количество легирующей примеси (бора в случае n-p-n-транзисторов)ввод<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т в базовый поверхностный слой,а затем – на нужную глубину. Первую стадию можно осуществл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ть разными способами. В наиболее распространенномварианте пропускают кислород через жидкий трихлорид бора; диффузант переноситс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> газом к поверхности и осаждаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> под тонким слоем борсодержащего стекла и в самомэтом слое. После такой начальной диффузии стекло удал<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>юти ввод<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т бор на нужную глубину, врезультате чего получаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>коллекторный p-n-переход в эпитаксиальном слое n-типа. Далеевыполн<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ют эмиттерную диффузию.Поверх базового сло<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> наращиваютдиоксид, и в нем прорезают окно, через которое за одну стадию диффузией ввод<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т примесь (обычно фосфор), формиру<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> тем самым эмиттер. Степень легировани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> эмиттера по крайней мере в 100 раз больше, чемстепень легировани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> базы, чтонеобходимо дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> обеспечени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> высокой эффективности эмиттера.

         В обоих диффузионных процессах, упом<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>нутых выше, переходы перемещаютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> как по вертикали, так и в боковом направлении поддиоксидом кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, так что онизащищены от воздействи<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> окружающейсреды. Многие устройства герметизируют поверхностным слоем нитрида кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> толщиной около 200 нм. Нитрид кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> непроницаем дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>щелочных металлов, таких, как натрий и калий, которые способны проникать сквозьдиоксид кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> и «отравл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ть» поверхности в переходах и поблизости от них.Далее с использованием методов фотолитографии на поверхность устройства напыл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ют металл контакта (алюминий или золото),отделенный от кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> другимметаллом (например, вольфрамом, платиной или хромом), впекают его в областибазового и эмиттерного контактов, а излишек удал<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ют.Затем полупроводниковую пластинку путем распиливани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>или разламывани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> после надрезани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> раздел<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютна отдельные микрокристаллы, которые прикрепл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> к позолоченному кристаллодержателю или выводнойрамке (чаще всего эвтектическим припоем кремний – золото). С выводами корпусаэмиттер и базу соедин<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ют золотымипроволочками. Транзистор герметизируют в металлическом корпусе или путемзаделки в пластик (последнее дешевле).

Первоначальноконтакты делали из алюмини<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, нооказалось, что алюминий образует с золотом хрупкое соединение, обладающеевысоким сопротивлением. Поэтому проволочные контакты из алюминиевой или золотойпроволочки стали отдел<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ть от кремни<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> другим металлом – вольфрамом, платиной или хромом.

Гранична<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> частота транзисторов общего назначени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> составл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етнесколько сот мегагерц – примерно столько же, сколько было у раннихвысокочастотных германиевых транзисторов. В насто<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>щееврем<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>высокочастотных типов эта граница превышает 10 000 МГц. Мощные транзисторымогут работать при мощности 200 Вт и более (в зависимости от типа корпуса), инередки коллекторные напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в несколько сот вольт. Используютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> кремниевые пластинки размером несколькосантиметров, причем на одной такой пластинке формируетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>не менее 500 тыс. транзисторов.

Транзисторныеструктуры могут быть разного вида. Транзисторы дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>низкочастотных схем с низким уровнем сигнала нередко имеют точечно-кольцевуюконфигурацию (точка – эмиттер, кольцо – база), котора<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>,однако, не нашла широкого применени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>в тех случа<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>х, когда предъ<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> требовани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>высокой частоты и большой мощности. В таких случа<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>хи в транзисторах многих низкочастотных типов чаще всего примен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>встречно-гребенчата<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> структура. Этокак бы два гребешка с широкими промежутками между зубцами, расположенные наповерхности так, что зубцы одного вход<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тмежду зубцами другого. Один из них <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>эмиттером, а другой – базой. База всегда полностью охватывает эмиттер. Основна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> часть гребешка служит токовой шиной, равномернораспредел<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ющей ток, так что всеэмиттерные зубцы имеют одинаковое смещение и дают одинаковый ток. Это оченьважно дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> сильноточных приборов, вкоторых локальна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> неоднородностьсмещени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> может вследствие местногонарастани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> тока привести к точечномуперегреву. В нормальном рабочем режиме температура перехода в транзисторахдолжна быть ниже 1250С (при ~1500С параметры прибораначинают быстро измен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тьс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, и работа схемы нарушаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>),а потому в мощных транзисторах необходимо добиватьс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>равномерного распределени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> тока повсей их площади. Сильноточные устройства часто раздел<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютна секции (группы зубцов, или малых транзисторов), соединенные между собойтоковыми шинами с малым сопротивлением.

Втранзисторах дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> диапазонасверхвысоких частот – другие трудности. Их максимальна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рабоча<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> частота ограничиваетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> временем задержки, которое требуетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>дки эмиттерного и коллекторного переходов(поскольку зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>д переходов зависитот напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>,они ведут себ<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> как конденсаторы).Это врем<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> можно свести к минимуму,уменьшив до предела площадь эмиттера. Поскольку эффективно действует лишьпериферийна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> часть эмиттера, зубцыделают очень узкими; зато число их увеличивают так, чтобы получить нужный ток.Ширина зубца типичного высокочастотного эмиттера составл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет1–2 мкм, и таковы же промежутки между зубцами. База обычно имеет толщину0,1–0,2 мкм. На частотах выше 2000 МГц врем<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>переноса зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>да через базу уже не <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> определ<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ющейхарактеристикой – существенно также врем<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>переноса через область коллектора; однако этот параметр можно уменьшить толькопутем уменьшени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> внешнего напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> наколлекторе.

4. Анализ процессов в бипол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рномтранзисторе

Рассмотрим преждевсего, как работает транзистор (дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>примера типа n-р-n) в режиме без нагрузки, когдавключены только источники посто<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>нныхпитаю­щих напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>женийE1и E2 (рис. 4-1, а). Пол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рность их такова, что на эмит­терномпереходе напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жениепр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мое, а на коллекторном переходе — обратное. Поэтому сопротивление эмиттерного перехода мало и дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> получени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>нормаль­ноготока в этом переходедостаточно напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> Е1 в дес<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тыедоли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико, и напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жение Е2обычно составл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет единицы или дес<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тки вольт. Из схемы на рис. 4-1, а видно, что напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жениемежду электродами транзистора св<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>заныпростой зависимостью:

<img src="/cache/referats/19105/image004.gif" v:shapes="_x0000_i1026">                  (4.1)

При   работе транзистора   в  активном  режиме  обычно  всегда <img src="/cache/referats/19105/image006.gif" v:shapes="_x0000_i1027"> и, следовательно, <img src="/cache/referats/19105/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1028">

Вольтамперна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> характеристика эмиттерного перехода представл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет собой характеристику полупроводникового диодапри пр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мом токе. А вольтамперна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> характеристика коллекторного перехода подобнахарактеристике диода при обратном токе.

Принцип работытранзистора заключаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в том, чтопр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>мое напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жениеэмиттерного перехода, т. е. участка база-эмиттер (<img src="/cache/referats/19105/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1029"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етна ток коллектора: чем больше это напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жение,тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тока коллектора лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Такимобразом, напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жение  <img src="/cache/referats/19105/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1030"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>­жение,управл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет током коллектора. Усилениеэлектрических колебаний с по­мощью транзистора основано именно на этом <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>влении. <img src="/cache/referats/19105/image013.jpg" v:shapes="_x0000_i1031">

Рис   4-1. Движение электронов и дырок в транзисторах типа n-р-nи р-n-р.

Физические процессы в транзисторе происход<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тследующим образом. При увеличении пр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>моговходного напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> <img src="/cache/referats/19105/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1032"> понижаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> потенциальный барьер, в эмиттерном переходе исоответственно возрастает ток через этот переход ток эмиттера <img src="/cache/referats/19105/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1033"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>из эмиттера в базу и благодар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличива<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> ток коллектора. Так как коллекторный переходработает при обратном напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жении, тов этом переходе возникают объемные зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ды,показанные на рисунке кружками со знаками «+» и «-». Между ними возникаетэлектрическое поле. Оно способствует продвижению (экстракции) черезколлекторный переход электронов, пришедших сюда от эмиттера, т. е. вт<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>гивает электроны область коллекторного перехода.

 Если толщина базыдостаточно мала и концентраци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> дырокв ней невелика, то большинство электронов, пройд<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигаетколлекторного перехода. Лишь небольша<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате рекомбинациивозникает ток базы, протекающий в проводе базы. Действительно, в установившемс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> режиме число дырок в базе должно быть неизменным.Вследствие рекомбина­ции каждую секунду сколько-то дырок исчезает, но столькоже новых дырок возникает за счет того, что из базы уходит в направлении к плюсуисточника E1такое же число электронов. Иначе говор<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>,в базе не может накапливатьс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> многоэлектронов. Если некоторое число инжектированных в базу  из эмиттера электронов не доходит доколлектора, а остаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в базе,рекомбиниру<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> с дырками, то точнотакое же число электронов должно уходить из базы в виде тока <img src="/cache/referats/19105/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1034"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>меньше тока эмиттера, то в соответствии с первым законом Кирхгофа всегдасуществует следующее соотношение между токами:

                                               <img src="/cache/referats/19105/image020.gif" v:shapes="_x0000_i1035">                                  (4.2)

Ток базы <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Обычно <img src="/cache/referats/19105/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1036"> составл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ет проценты тока эмиттера, т. е. <img src="/cache/referats/19105/image024.gif" v:shapes="_x0000_i1037"> и, следовательно, токколлектора лишь незначительно меньше тока эмиттера. т. е. можно считать <img src="/cache/referats/19105/image026.gif" v:shapes="_x0000_i1038"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> того,чтобы ток <img src="/cache/referats/19105/image022.gif" v:shapes="_x0000_i1039"> был как можно меньше,базу делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию примесей, котора<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> определ<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етконцентрацию дырок. Тогда меньшее число элек­тронов будет рекомбинировать вбазе с дырками.

Если бы база имела значительную толщину и концентраци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> дырок в ней была велика, то больша<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> часть электронов эмиттерного тока, диффундиру<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> через базу, рекомбинировала бы с дырками и недошла бы до коллекторного перехода. Ток коллектора почти не увеличивалс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> бы за счет электронов эмиттера, а наблюдалось былишь увеличение тока базы.

Когда к эмиттерному переходу напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жениене приложено, то практически можно считать, что в этом переходе почти нет тока.В этом случае область коллекторного перехода имеет большое сопротивление посто<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>нному току, так как основные носители зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>дов удал<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> от этого перехода и по обе стороны от границысоздаютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> области, обеденные этиминосител<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ми. Через коллекторныйпереход протекает лишь очень небольшой обратный ток, вызванный пере­мещениемнавстречу друг другу неосновных носителей, т. е. электронов  из р-области и дырок из n-области.

Но если под действием входного напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> возник значительный ток эмиттера, то в областьбазы со стороны эмиттера инжектируютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>электроны, кото­рые дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> данной области<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> неосновными носител<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ми.Не успева<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> реком­бинировать сдырками при диффузии через базу, они доход<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тдо коллектор­ного  перехода.   Чем  больше  ток  эмиттера, тем   больше   электронов  приходитк коллекторному переходу итем меньше становитс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> егосопротивление. Соот­ветственноувеличиваетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> ток коллектора. Иначеговор<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, с увеличением тока эмиттера в базе возрастает концентраци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> неосновных носителей, инжектирован­ных из эмиттера, а чем больше этих носителей, тембольше ток коллектор­ного перехода, т.е. ток коллектора <img src="/cache/referats/19105/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1040">.

Данное одному из электродовтранзистора название «эмиттер» подчеркивает, что происходит инжекци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> электронов из эмиттера в базу. Применение термина «инжекци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>»необходимо дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> того, чтобы отличатьданное <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вление от электрон­нойэмиссии, в результате которой получаютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>свободные электроны в вакууме илиразреженном газе.

По рекомендуемой терминологии эмиттеромследует называть область тран­зистора,назначением которой <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>инжекци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> носителей зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>да в базу. Кол­лектором называют область, назначением которой <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> экстракци<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>носи­телей зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>да из базы. А базой <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> область, в которую инжектируютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> эмиттером неосновные дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> этой областиносители зар<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>да.

Следует отметить, что эмиттери коллектор можно помен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ть местами(так называемый инверсный режим). Но в транзисторах, как правило, коллекторный переход делаетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>со значительно большей площадью, нежели эмиттерный пе­реход, так как мощность, рассеиваема<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> в коллекторном переходе, гораздо боль­ше, чем рассеиваема<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>в эмиттерном. Поэтому если использовать эмиттер в качестве коллектора, то транзистор будет работать,но его можно примен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ть толькопри значительно меньшей мощности, что нецелесообразно. Если площади переходов сделаны одинаковыми (транзисторы в этомслучае называют сим­метричными),то люба<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>из крайних областей может с одинаковым успехом работать в качестве эмиттера или коллектора.

Поскольку в транзисторе токэмиттера всегда равен сумме токов коллектора и базы, то приращение тока эмиттера также всегда равно сумме приращений коллекторного и базового токов:

                                               <img src="/cache/referats/19105/image030.gif" v:shapes="_x0000_i1041">                                  (4.3)

Важным свойством транзистора <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>вл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>етс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> приблизительно линейна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>зависи­мость между его токами, т. е.все три тока транзистора измен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> приблизи­тельно пропорционально друг Другу.Пусть, дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> примера, <img src="/cache/referats/19105/image016.gif" v:shapes="_x0000_i1042">=10мА, <img src="/cache/referats/19105/image033.gif" v:shapes="_x0000_i1043"> = 9,5 мА, <img src="/cache/referats/19105/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1044">= 0,5 мА. Если ток эмиттера увеличитс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>,например, на 20% и станет равным 10 + 2 =12 мА. то остальные токи возрастуттакже на 20%: <img src="/cache/referats/19105/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1045"> = 0,5 + 0.1 = 0,6 мАи <img src="/cache/referats/19105/image036.gif" v:shapes="_x0000_i1046">= 9,5 + 1,9 = 11,4 мА, так как всегда должно быть выполнено равенство (4.2),т.е. 12 мА=11,4 мА + 0,6 мА. А дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> приращени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>токов справедливо равен­ство (4.3),т. е. 2 мА = 1,9 мА + 0,1 мА.

Мы рассмотрели физические <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>влени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> втранзисторе типа п-р-п. Подобные же процессы происход<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т в транзисторе типа р-п-р  но в нем мен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> рол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ми электроны и дырки, а также измен<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> наобратные пол<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рности напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жений инаправлени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> токов (рис. 4-2, б). Втранзисторе типа р-п-р из эмиттера в базу инжектируютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> неэлектроны, а дырки. Они <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>в­л<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>базы неосновными носител<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ми. С увели­чением тока эмиттера больше таких дырок проникает черезбазу к коллекторному переходу. Это вызывает уменьшение его сопротивлени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> и возрастание тока коллектора. Работу  транзистора   можно   нагл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>дно  представить с помощью потенциальной диаграммы, котора<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> показана на рис. 4-2 дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тран­зистора типа n-р-n.

<img src="/cache/referats/19105/image038.jpg" v:shapes="_x0000_i1047">

Рис. 4-2.  Потенциальна<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> диаграмма транзистора

Эту диаграмму удобноиспользовать дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> создани<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> механи­ческой модели транзистора. Потенциалэмиттера прин<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т за нулевой. Вэмиттерном переходе имеетс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>небольшой потенциальный барьер. Чем больше напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жение<img src="/cache/referats/19105/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1048">, тем ниже этот барьер.Коллекторный переход имеет значительную разность по­тенциалов, ускор<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ющую электроны. В механической модели шарики,аналогич­ные электронам, за счет своих собственных скоростей поднимаютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> на барьер, аналогичный эмиттерному переходу,проход<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>т через область базы, а затемуско­ренно скатываютс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> с горки,аналогичной коллекторному переходу.

Помимо рассмотренных основныхфизических процессов в транзисторах при­ходитс<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>учитывать еще р<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>д <st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>влений.

Существенное вли<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>ние на работу транзисторов оказывает сопротивлениебазы <img src="/cache/referats/19105/image041.gif" v:shapes="_x0000_i1049"><img src="/cache/referats/19105/image018.gif" v:shapes="_x0000_i1050"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>рном направлению эмиттер — коллек­тор. Так как базаочень тонка<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>, то в направлении отэмиттера к коллектору, т. е. дл<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>тока <img src="/cache/referats/19105/image028.gif" v:shapes="_x0000_i1051"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName> во внимание. А в направлении к выводу базысопротивление базы <img src="/cache/referats/19105/image044.gif" v:shapes="_x0000_i1052"> (его называют попе­речным)достигает сотен Ом, так как в этом направлении база аналогична очень тонкомупроводнику. Напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жение на эмиттерномпереходе всегда меньше, чем напр<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жение<img src="/cache/referats/19105/image010.gif" v:shapes="_x0000_i1053"><st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:PersonName>жени<st1:PersonName w:st=«on»>я</st1:

еще рефераты
Еще работы по радиоэлектронике