- •Твердотільна електроніка
- •Передмова
- •1 Елементи фізики напівпровідників та електронно-діркових переходів
- •1.1 Загальні відомості про напівпровідники
- •1.1.1 Власна електропровідність напівпровідників
- •1.1.2 Електронна провідність напівпровідників
- •1.1.3 Діркова провідність напівпровідників
- •1.1.4 Рекомбінація носіїв заряду та тривалість їх життя
- •1.1.5 Види струмів у напівпровідниках
- •1.2 Електронно - дірковий перехід та фізичні процеси в ньому
- •Пряме включення переходу
- •Зворотне включення переходу
- •1.2.4 Теоретична вольт-амперна характеристика
- •1.2.5 Параметри переходу
- •Товщина переходу
- •Ємності переходу
- •1.2.6 Реальна вах переходу
- •Пряма гілка вах
- •Зворотна гілка вах
- •1.3 Різновиди електричних переходів та контактів
- •1.3.1 Гетеропереходи
- •1.3.4 Контакти металу з напівпровідниками
- •1.3.5 Омічні контакти
- •2 Напівпровідникові діоди
- •2.1 Класифікація та система позначень діодів
- •2.2 Випрямні діоди
- •Параметри випрямних діодів
- •2.3 Напівпровідникові стабілітрони
- •2.4 Універсальні діоди
- •2.5 Імпульсні діоди та перехідні процеси в них
- •2.6 Тунельні та обернені діоди
- •2.7 Варикапи
- •2.8 Діоди Шотткі
- •3 Біполярні транзистори
- •3.1 Будова та принцип дії біполярних транзисторів
- •3.1.1 Загальні відомості про біполярні транзистори
- •Класифікація транзисторів
- •Система позначень бт
- •Будова сплавних транзисторів
- •3.1.2 Способи вмикання й режими роботи біполярних транзисторів
- •3.1.3 Принцип дії біполярного транзистора в активному режимі
- •3.1.4 Вплив конструкції та режиму роботи транзистора на h21б
- •3.1.5 Схема вмикання транзистора зі спільним емітером та спільним колектором
- •3.1.6 Модель Еберса-Молла
- •3.2 Статичні характеристики і параметри біполярних транзисторів
- •3.2.1 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільною базою
- •Вхідні характеристики
- •Вихідні характеристики
- •Характеристики прямої передачі
- •Характеристики зворотного зв’язку
- •3.2.2 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільним емітером
- •Вхідні характеристики
- •Вихідні характеристики
- •Характеристики прямої передачі
- •Характеристики зворотного зв’язку
- •3.2.3 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільним коллектором
- •3.2.4 Вплив температури на статичні характеристики транзисторів
- •3.2.5 Граничні режими транзистора
- •Пробої транзистора
- •Максимально допустима потужність, що розсіюється колектором
- •3.2.6 Диференціальні параметри біполярного транзистора
- •Зв'язок між h-параметрами для різних схем увімкнення бт
- •3.2.7 Фізичні параметри та еквівалентні схеми біполярних транзисторів
- •3.3 Робота біполярного транзистора у динамічному режимі
- •3.3.1 Принцип дії підсилювального каскаду на біполярному транзисторі
- •3.3.2 Способи забезпечення режиму спокою транзисторного каскаду
- •Емітерному колі
- •Оцінка транзисторних каскадів з точки зору температурної нестабільності
- •3.3.3 Динамічні характеристики біполярного транзистора та їх використання
- •Вихідна навантажувальна характеристика
- •Вхідна навантажувальна характеристика
- •Параметри режиму підсилення та їх розрахунок за динамічними характеристиками транзисторного каскаду
- •3.3.4 Частотні властивості біполярних транзисторів
- •Вплив ємностей переходів і розподіленого опору бази на частотні властивості транзистора
- •3.3.5 Робота біполярного транзистора у ключовому режимі
- •3.4 Деякі різновиди біполярних транзисторів
- •3.4.1 Одноперехідний транзистор
- •3.4.2 Високочастотні малопотужні транзистори
- •3.4.3 Потужні транзистори
- •4 Польові транзистори
- •4.1 Польові транзистори з керувальним переходом
- •Статичні вхідні характеристики
- •Статичні прохідні (стокозатворні) характеристики
- •Статичні вихідні (стокові) характеристики
- •Диференціальні параметри польових транзисторів
- •4.2 Польові транзистори з ізольованим затвором (мдн - транзистори)
- •4.2.1 Ефект поля
- •4.3 Залежність характеристик і параметрів польових транзисторів від температури
- •4.4 Динамічний режим роботи польових транзисторів
- •4.4.1 Каскад на польовому транзисторі: розрахунок у статиці та динаміці
- •4.4.2 Частотні властивості польових транзисторів
- •4.5 Потужні польові транзистори
- •Потужні мдн – транзистори
- •Транзистори зі статичною індукцією
- •4.6 Польові прилади із зарядовим зв’язком
- •5 Тиристори
- •5.1 Будова, принцип дії та режими роботи тиристора
- •5.1.1 Загальні відомості
- •5.1.2 Диністорний режим
- •5.1.3 Триністорний режим
- •5.1.4 Симістори
- •5.2 Способи комутації тиристорів
- •5.2.1 Увімкнення тиристорів
- •Увімкнення за допомогою струму керування
- •Увімкнення тиристора за допомогою імпульсу анодної напруги
- •5.2.2 Вимкнення тиристорів
- •Вимкнення за допомогою подачі напруги на керувальний електрод (за допомогою струму керування)
- •5.3 Біполярні транзистори з ізольованим затвором
- •6 Оптоелектронні напівпровідникові прилади
- •6.1 Загальні відомості
- •6.2 Випромінювальні діоди
- •6.3 Напівпровідникові фотоприймачі
- •6.3.1 Фоторезистори
- •6.3.2 Фотодіоди
- •6.3.3 Фотоприймачі з внутрішнім підсиленням
- •6.4 Оптрони та їх застосування
- •7 Основи мікроелектроніки
- •7.1 Основні поняття і визначення
- •Історична довідка
- •7.2 Гібридні інтегральні схеми
- •7.3 Напівпровідникові інтегральні схеми
- •7.3.1 Технологія
- •Планарно-дифузійна технологія виготовлення біполярних напівпровідникових інтегральних схем
- •7.3.2 Технологія виготовлення інтегральних
- •Ізоляція
- •7.3.3 Біполярні транзистори
- •Багатоемітерні транзистори
- •Супербета - транзистори
- •Біполярні транзистори з бар'єром Шотткі
- •7.3.4 Мон (мдн)- транзистори
- •7.3.6 Резистори
- •7.3.7 Конденсатори
- •7.4 Інтегральні схеми з інжекційним живленням
- •Позначення основних величин
- •Список літератури
- •1.1.4 Рекомбінація носіїв заряду та тривалість їх життя 11
- •1.2.4 Теоретична вольт-амперна характеристика p-nпереходу 28
- •1.2.5 Параметри переходу 30
- •3 Біполярні транзистори 69
- •3.1 Будова та принцип дії біполярних транзисторів 69
- •3.1.1 Загальні відомості про біполярні транзистори 69
- •6 Оптоелектронні напівпровідникові
- •Твердотільна електронікА
Характеристики прямої передачі
Це залежності (рис. 3.17). Вони ґрунтуються на рівняннях (3.10) або (3.35). З рівняння (3.35) бачимо, що при характеристика починається з точки, яка є початком координат (,), а нахил цієї характеристики визначається залежністювід.
При характеристика починається з точки, а зміна її нахилу зумовлюється залежністю(рис. 3.7).
Рисунок 3.17 – Сім’я характеристик прямої передачі БТ зі спільною базою
Характеристику прямої передачі можна одержати з сім’ї вихідних характеристик, фіксуючи .
Характеристики зворотного зв’язку
Сім’я характеристик зворотного зв’язку
показана на рисунку 3.18.
При збільшенні зменшується активна ширина бази транзистора, і за рахунок зростання градієнта концентрації дірок у базі (див. рис. 3.14) зростає струм. Для підтримання його постійного значення, як того вимагають умови зняття характеристик, потрібно зростаннякомпенсувати зменшенням напруги. Ця обставина зумовлює від’ємний нахил характеристик.
Рисунок 3.18 – Сім’я характеристик зворотного зв’язку БТ зі спільною базою
У базі транзистора зменшення приводить при збільшеннідо відновлення попереднього градієнта концентрації дірок, тобто нахилу графіка(рис. 3.19).
Рисунок 3.19 – Розподіл концентрації дірок у базі при знятті характеристик зворотного зв’язку БТ зі спільною базою
3.2.2 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільним емітером
Схему для зняття характеристик БТ у ССЕ показано на рисунку 3.20.
Рисунок 3.20 – Схема для експериментального зняття характеристик БТ зі спільним емітером
Вхідні характеристики
Це залежність (рис. 3.21).
Рисунок 3.21 – Статичні вхідні характеристики БТ зі спільним емітером
При обидва переходи транзистора ввімкнено в прямому напрямі (рис. 3.22), і вхідна характеристика є прямою гілкою ВАХ двох паралельно ввімкнених переходів.
При КП вмикається у зворотному напрямі, і в колі бази протікає струм
. (3.36)
При струм бази має тільки одну складову – зворотний струм КП.
Рисунок 3.22 – БТ зі спільним емітером при
При збільшенні напруги починає зростати струм, а разом з ним – рекомбінаційна складова струму бази. Струмзменшується за модулем, оскількиспрямований у колі бази назустріч. При деякій напрузіструм бази дорівнює нулю. Подальше зростання струму бази зумовлене зростанням рекомбінаційної складової, яка починає перевищувати зворотний струм колектора.
Унаслідок того, що струм невеликий, на більшості характеристик БТ зі спільним емітером у довіднику області негативних струмів бази не зображають.
Вихідні характеристики
Це залежності (рис. 3.23).
Межею між РВ та АР є характеристика, що знята при струмі бази . Це обумовлено особливостями вхідних характеристик схеми зі спільним емітером, тобто тим, щолише при позитивних напругах(у режимі відсічки). Вихідна характеристика при відповідає випадку, коли
. (3.37)
Рисунок 3.23 – Статичні вихідні характеристики БТ зі спільним емітером
При цьому зростання негативної напруги приводить до збільшення напруги, при якій зберігається умова (3.37), як це випливає з сім’ї вхідних характеристик (рис. 3.21). Остання обставина викликає зростання емітерногоі, як наслідок, колекторногострумів.
При подальшому збільшенні струму вихідні характеристики змінюються за законом
(3.38)
Нееквідистантність зміщення характеристик у бік більших струмів колектора зумовлена характером залежності (рис. 3.24).
Характер проходження вихідної характеристики БТ при фіксованому струмі бази пояснюється наступним чином. При за рахунок того, що потенціал бази нижчий, ніж однакові потенціали емітера і колектора, ЕП і КП увімкнено в прямому напрямі, і БТ перебуває у РН.
Рисунок 3.24 – Залежність
Тепер, якщо збільшувати негативний потенціал на колекторі (), потенціальний бар’єр КП збільшується, інжекційна складова колекторного струму спадає, а керований струм колектора за рахунок зростаючої екстракції дірок з бази до колектора збільшується. При збільшенні напругидо настання рівностіструмрізко зростає за рахунок розсмоктування дірок, що нагромадились у базі в РН. При виконанні рівностітранзистор переходить до АР, зростання колекторного струму сповільнюється, що на характеристиках рисунка 3.23 відповідає початку пологої ділянки. Важливим є те, що нахил вихідних характеристик БТ зі спільним емітером на пологій ділянці більший за нахил відповідних характеристик БТ зі спільною базою, тобто у ССЕ струмзростає при збільшенні колекторної напруги швидше, ніж у ССБ. Це зумовлено двома причинами.
1 Напруга , на відміну від вихідної напругиу ССБ, розподіляється між ЕП та КП, а не прикладена лише до КП. Тому при збільшеннідещо зростає й напруга, що приводить до збільшення емітерного, а отже, і колекторногострумів.
2 Зростання негативної напруги приводить до збільшення товщини КП і зменшення активної ширини бази. Це приводить до зменшення рекомбінаційного струму бази, бо зменшується ймовірність рекомбінації дірок з електронами. Однак при одержанні вихідних характеристик БТ зі спільним емітером потрібно підтримувати струм базисаме постійним. Тому зменшення струму бази можна компенсувати збільшенням струму емітера(за рахунок збільшення напруги). А ця обставина викликає додаткове зростання колекторного струму.