P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р

Скачати 0.74 Mb.

Назва	P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р
Сторінка	6/8
Дата	09.04.2013
Розмір	0.74 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8

,
де R – шумлячий опір, - смуга частот, в якій розраховується ЕДС шуму.

Шум дровий обумовлений нерівномірністю в часі густини потоку носіїв заряду колектора, емітерного і базового струмів. Шуми дробові також мають рівномірний частотний спектр.
Надмірні шуми (інакше звані фликер - шумами) є специфічною особливістю транзистора. Ці шуми обумовлені поверхневими явищами в області переходів – рекомбінацією і струмами убічку.

Шумові властивості транзистора характеризуются коефіцієнтом шуму Fш. Коефіцієнтом шуму називається відношення повної потужності шумів на виході чотириполюсника до тієї її частини, яка викликана тепловими шумами опору джерела сигналу. Коефіцієнт шуму показує, в скільки разів погіршується співвідношення сигналу і шуму при проходженні через транзистор .
ТЕХНІЧНІ ПАРАМЕНТРИ. МАКСИМАЛЬНІ ЕКСПЛУАТАЦІЙНІ ДАНІ ТРАНЗИСТОРІВ
Робочий режим транзистора характеризується струмами і напругами електродів. Зв'язок між малими змінами струмів і напруг визначається малосигнальними параметрами. Залежно від методу розрахунку електронної схеми в якості малосигнальні параметри можуть бути використані або параметри Т образної еквівалентної схеми, або параметри транзистора як лінійного чотириполюсника. В довідниках на транзистори, що призначені для посилення і генерації електричного сигналу, даються наступні середньостатистичні параметри при нормальному режимі роботи: граничної частоти коефіцієнта передачі струму (або частотою генерації fmax), коефіцієнт передачі струму β (або рідше α), вихідною провідністю при холостому ходу на вході базою, h22б місткістю переходу колектора Ск і опір rб1бази (або загальньо постійній часу ланцюгу зворотної rб1Ск звези ). У транзисторів rб1Ск, призначених для роботи в апаратурі з низьким рівнем шумів, приводиться коефіцієнт шуму Fш. Транзистори, вживані в імпульсних пристроях, додатково характеризується параметрами великого сигналу – коефіціент передачі постійного струму бази В сб, напругою насичення в схемі із загальним емітером, напругою Uке.н Граничні допустимі експлуатаційні величини параметрів транзистора визначаються виходячи з вимог надійності, а також можливостями технології виготовлення приладу даного типу.

Розсіювана транзистором потужність складається з суми потужностей, що виділяються при протіканні струмів через емітерний і колектор переходи. В активній області характеристик струми транзистора Iэ і Iк майже однакові, а напруги значно відрізняються по величині (Uк>>Uэ). Тому переважна частина потужності втрат виділяється на переході колектора і Рмах=Ркмах. За найбільшу розсіювану потужність приймається найбільше допустиме значення розсіюваної потужності на колекторі, що забезпечує задану надійність транзистора при тривалій роботі

де R_tnc – тепловий опір переходу – зовнішнє середовище град/Вт.
Під найбільшою температурою переходу мається на увазі температура, при якій втрачаються випрямляючі властивості переходів або транзистор виходить з ладу унаслідок необоротних змін в гратках кристала і пробою. Для підвищення потужності розсіювання необхідно забезпечити інтенсивне відведення тепла від транзистора.

Тепловий опір транзистора (те ж саме і діода) R_tпс визначає інтенсивність відведення тепла від переходу колектора через корпус транзистора в оточуючу середовище. Воно дорівнює відношенню різниці температур між переходом і навколишнім середовищем до потужності, розсіюванню на колекторі в сталому режимі. Для малопотужних транзисторів звичайно приводиться тепловий опір перехід - середовище. Воно складає близько 0.5-0.7 град/мВт. В транзисторах середньої і великої потужності звичайно є електричний контакт колектора з корпусом. Такі транзистори працюють із спеціальним тепло відвідним пристроєм, і в довідниках для них приводиться значення теплового опору перехід - корпус.

Найбільший струм колектора Ік.мах обмежується максимальною температурою переходу (тобто Рмах) і його можна визначити із співвідношення Р_мах = І_к.мах*U_к. Перевищення граничного значення струму приводить до пробою переходу (унаслідок великого виділення тепла), згоряє внутрішніх сполучних дротів і виведенню транзистора з ладу.

Найбільша напруга між колектором і загальним електродом визначається величиною пробивної напруги переходу і залежить від схеми включення транзистора. Найбільша напруга колектор - база U_кб.мах. використовується при розрахунку режимів роботи замкнутого транзистора або при включенні його в схемі з Про. Воно може мінятися від 6 - 10 в (германієві мікро сплавні транзистори) до 20 – З00 в (кремнієві дифузійні транзистори).

Граничні напруги і струми визначають межі робочої області транзистора. З міркувань надійності не рекомендується використовувати величини струмів і напрузі вище 70% найбільше допустимих знамень. Поєднання двох граничних режимів (наприклад, по струму і потужності) забороняється. Транзистори відрізняються великою механічною міцністю і їх можна експлуатувати в умовах сильних механічних дій.

Завдяки хорошій герметизації кристала напівпровідникові прилади володіють високою кліматичною стійкістю. Вони зберігають свої параметри в межах норми при тривалій експлуатації і тривалому зберіганні в умовах відносної вогкості до 95 - 98% .

КОНСТРУКЦІЇ ТРАНЗИСТОРІВ
Для практичного використовування транзистори зручно класифікувати по гранично допустимій розсіюванню потужності і діапазону робочих частот незалежно від технології виготовлення і механізмів перенесення носіїв заряду. Звичайно виділяють транзистори малої потужності (Рк≤0,3Вт), середньої (0,3<�Рк≤1,5 Вт) і великої потужності (Рк > 1.5 Вт). Відповідно транзистори кожної групи підрозділяються на низькочастотні (f ≤ 3 Мгц), середньо-частотні (3 З0 Мгц або fмах 120 Мгц). Транзистори малої і середньої потужності, що мають fmax 120 Мгц, відносяться до надвисокочастотних транзисторів.

Основний елемент транзистора - кристал з р-n- переходами поміщається в корпус, що складається з підстави і ковпачка. Корпус забезпечує механічну міцність транзистора, ізолює кристал від дії зовнішнього середовища і забезпечує необхідний тепло відвід. Підстава корпусу звичайно робиться з металу з скляними ізоляторами для виведень електродів з діелектрика (стекло, кераміка). Ковпачок приварюється холодною зваркою до підстави. Простір під ковпачком може бути заповнено сухим зітханням, інертним газом або в ньому створюється вакуум. Іноді тут поміщається вологопоглинач або газопоглинач - геттер. Для захисту від вологи корпус транзистора покривається антикорозійним покриттям. Іноді корпус транзистора цілком виконується з діелектрика.

У малопотужних транзисторів низькочастотних (Рис. 9.1) шар бази звичайно вмонтовується на сталевій або мідній підставі корпусу і виведення бази має з корпусом електричний контакт. Відведення тепла з переходу колектора здійснюється через тонку пластину бази. При цьому тепловий опір між переходам і корпусом досить велике. У високочастотних малопотужних транзисторів, виготовлених дифузійним методом, до підстави звичайно кріпиться колектор (рис.9.2).

Іноді у високочастотних транзисторів підстава робиться з діелектрика з метою зменшення місткостей між виведеннями транзисторів.

У потужних транзисторів. (рис 9.3), вимагаючи хорошого тепловідвода від колектора, підстава корпусу може бути виготовлена з червоної міді. Виведення колектора електрично з'єднується з корпусом. Вони характеризуються великими площами переходів, малими опорами rэ і rк і відносно великими величинами ємкості Ск і зворотного струму, колектора.
ДРЕЙФОВІ ТРАНЗИСТОРИ
Одночасне зменшення величин ω, rб’, Ск при збереженні високих граничних напруг переходу колектора забезпечується в дрейфових транзисторах. Електричне поле, прискорюючи рух неосновних носіїв заряду від емітера до колектора, створюється нерівномірною концентрацією домішок в базі і не залежить від зовнішніх напруг. Розподіл домішок і розташування енергетичних зон в дрейфовому транзисторі показаний на рис.10.1 .

Концентрація домішок в базі у дрейфового транзистора велика у емітера і зменшується у напрямку до колектора. Такий розподіл досягається за допомогою дифузії домішок в напівпровідник. Для практичного аналізу цей розподіл може бути прийняте експоненціальним. Утворення електричного поля в базовій області транзистора з нерівномірним розподілом домішки можна пояснити так. Концентрація вільних електронів змінюється по тому ж закону, що і концентрація атомів в донорні домішки в базі транзистора, тобто вона зменшується від емітера до колектора. Частина вільних електронів від емітера йде за рахунок дифузії до тієї частини області бази, яка розташована біля переходу колектора. Це переміщення створює надмірний позитивний заряд у емітерного і надмірний негативний заряд електронів біля переходу колектора. Таким чином, створюється електричне поле і нахил енергетичних зон в базовій області. Електричне поле в базі направлено від емітера до колектора і, отже, сприяє руху дірок в цьому напрямі (оскільки вони в області бази є не основними носіями зарядів). Тому збільшується швидкість руху дірок в базі, зменшується час їх прольоту і поліпшуються частотні властивості транзистора. Дрейфове поле в базі також, як і потенційний бар'єр в p-n переході, створюється дифузійним перерозподілом носіїв. Це поле не залежить від прикладених до електродів напруг і визначається тільки розподілом концентрації домішок в базовій області. Напруженість поля в базі дрейфового транзистора дорівнює

(10.1)
де η – коефіцієнт поля; Еω – різниця потенціалів в базі, створювана за рахунок нерівномірного розподілу домішок. Зовнішня напруга, прикладена до електродів, створює електричне поле тільки в областях переходів, оскільки ці області мають значно меншу концентрацію носіїв і більш високі опори, ніж n – і р – області . Тому електричне поле усередині бази і нахил енергетичних зон виявляються набагато меншим, ніж усередині переходів. Диференціальний опір емітерного переходу rе визначається тією ж формулою, що і у бездрейфового транзистора . Зарядна місткість емітерного переходу Се.п., досягає значної величини. Її можна знизити, зменшуючи температуру дифузії в процесі виготовлення транзистора. Дифузійна ємкість емітерного переходу менше ніж у бездрейфових транзисторів. Із збільшенням негативної напруги Uk перехід колектора дещо розширяється, але він розповсюджується в основному не в базу, а в область колектора, яка в дрейфовому транзисторі є більш багатоомною. Тому коефіцієнт зворотного зв'язку дрейфового транзистора менше і ефект модуляції товщини бази виявляється слабо.
Диференціальний опір переходу колектора rк вище (складає декілька МОм), а бар'єрна місткість переходу колектора Ск.п., значно менше ніж у бездрейфового транзистора. Т-образні еквівалентні схеми бездрейфового і дрейфового транзистора однакові. При роботі на високих частотах у ряді випадків доводиться враховувати об'ємний опір колектора r’к. Цей опір може мати величину декілька десятків Ом і включається в еквівалентну схему між точкою паралельного з'єднання елементів rк, Ск, dIе і джерелом Ек.
Дрейфові транзистори більш чутливі до змін температури навколишнього середовища. Гранична частота із збільшенням температури дещо падає.
Хороші високочастотні властивості, малі величини ємкостей і об'ємного опору бази є перевагами дрейфових транзисторів. До їх недоліків можна віднести порівняно малі величини емітерних напруг і великі величини об'ємного опору колектора. Вітчизняна промисловість випускає германієві і кремнієві транзистори. Германієві мають більш високі fб, кременеві – більш високі робочі температури і значно менші зворотні струми.
Найбільш просто германієві дрейфові транзистори виготовляються сплавним дифузійним методом (методом сплаву і одночасної дифузії донорної і акцепторної домішок в монокристал напівпровідника).

ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ.
Польовим транзистором (його часто називають канальним) називають транзистор з керованим каналом для струму основних носіїв заряду. Такі транзистори є уніполярними приладами, оскільки струм в них переноситься дрейфом лише основних носіїв заряду.
Робота уніполярних транзисторів заснована на використовуванні тільки одного типу носіїв – основних (електронів або дірок) ДОСТ 15133-7 (Прилади напівпровідникові. Терміни і визначення).
Процеси інжекції і дифузії в таких транзисторах практично відсутні. Основним способом руху носіїв є дрейф в електричному полі.
Для того, щоб управляти струмом в напівпровіднику використовується ефект поля. Тому уніполярні транзистори звичайно називають польовими транзисторами. Провідний шар, по якому проходить робочий струм називають каналом. Звідси ще одна назва такого класу транзисторів – канальні транзистори. ДОСТ 19095 – 73 (транзистори польові. Терміни, визначення і буквені позначення).
Канали можуть бути приповерхніми і об'ємними. Приповерхні канали є або шари, обумовлені наявністю донорних домішок в діелектричну, або інверсійні шари, що утворюються під дією зовнішнього поля, що збагатилися. Об'ємні ж канали являють собою ділянки однорідного напівпровідника, відокремлені від поверхні об'їденим шаром (р-n переходам). Транзистори з приповерхневим каналом мають структуру метал – діелектрик – напівпровідник (МДН). Їх називають МДН – транзисторами. В окремому випадку, якщо діелектриком є оксид (двоокис кремнію SiO), використовуються назву МОН транзистори. Транзистори з об'ємним каналом характерні тим, що збіднений шар створюється за допомогою p-n переходам. Проте, ця назва довга і незручна. Тому будемо їх називати просто польовими транзисторами.

ПОЛЬОВІ ТРАНЗИСТОРИ (ІЗ ЗАТВОРОМ У ВИГЛЯДІ p-n ПЕРЕХОДУ)
На електричних схемах польовий транзистор з каналом n- типу має наступне умовно-графічні зображення по ДГОСТ 2. 730-73 (рис. 4. 1а), а з каналом р- типу (рис. 10.2).

Структура сучасного польового транзистора, що ідеалізується, показана на рис. 10.3.

Тут металевої контакт разом з шаром р+ грає роль затвора. Затвор відокремлений від напівпровідників n- типу об'їденим шаром р-n- переходу. На перехід подається зворотна напруга. р+ шар не обов'язковий: збіднений шар може мати місце і при безпосередньому контакті металу з напівпровідником. Транзистор з такою структурою називається польовим транзистором з бар'єром Шотки. Основні Властивості обох різновидів однакові, тому розглянемо тільки транзистор з р-n- переходом, аналіз яких більш наочний. Для нормальної роботи польового транзистора товщина робочого шару під затвором (а-на рис. 10.3) повинна бути декілька мкм. Такий шар звичайно одержують на підкладці методом епітаксіального вирощування. Канал польового транзистора представляє область напівпровідника з електропровідністю n- типу, зміною поперечного перетину якої регулюються потік основних носіїв через прилад. Можна виготовити структуру з каналом р- типу, але вона матиме гірші частотні властивості, стабільність і більші шуми. Металевий електрод, за допомогою якого регулюється поперечний перетин каналу називається затвором. Електрод, через який в канал стікають основні носії заряду (електрони) називається витоком, а електрод, через який з каналу вони витікають – стоком. Ці електроди у принципі можна міняти місцями.
На р-n перехід затвора задається зворотна напруга. Глибина збідненого шару l (ширина р-n переходу) збільшується. Чим більше зворотна напруга, тим глибше збіднений шар і тим менше товщина каналу ω . таким чином, міняючи зворотну напругу на затворі, можна міняти поперечний перетин каналу, а значить і опір каналу. За наявності напруги на стоці буде зміняться струм каналу, тобто вихідний струм транзистора.
Посилення потужності забезпечується малою величиною вхідного струму. У польових транзисторів вхідним струмом є зворотний струм р-n- переходу затвора. Для кременевих р-n- переходів невеликої площі зворотний струм складає до 10-17 А і менш.
Визначимо залежність товщини і опору каналу від управляючої напруги на затворі при нульовій напрузі на стоці. Товщину каналу згідно рис 10.3 можна записати таким чином: ω = α – l, де a – відстань від “дна” n– шару до металургійної границі переходу. Використовуючи вираз для товщини східчастого р-n переходу одержуємо

1 2 3 4 5 6 7 8

Схожі:

Характеристика групи №46 У 46 групі навчається 25 учень, всі хлопці. Вік дітей 15-17 років. Класний керівник Моргун Роман Володимирович	Конспект з філософії Виконав: студент групи ЗІК-01 Гуськов П. А. Київ-2011 ...
1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував занаття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...
Методические указания по развитию навыков чтения и устной речи по... Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	Курсової роботи обирається за порядковим номером із переліку робіт... Цивільного та сімейного права України або пов’язана з його професійною діяльності. Самовільна зміна теми курсової роботи без дозволу...
Тема: "Раціоналізм або емпіризм" Виконав студент 12ПМ Шрамко Євген... Введення	СКЛАД Валерій Володимирович заступник міського голови, заступник голови конкурсної комісії
Максим Максимович – «маленька людина» з великою душею. (Роман М.... ...	Вибір варіанту здійснюється від позиції прізвища виконавця в списку... Поняття населення держави і його склад. Громадянство і його значення в сучасних міжнародних відносинах

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання