Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233

наем расстояния от перехода и уменьшается с увеличением напряжения. Таким образом, заряд у перехода за счет атомов донатора и акцептора возрастает с увеличением напряжения и переход ведет себя как емкость. Величина емкости коллекторного перехода зависит от напряжения на переходе, тока через переход, площади и типа перехода. Типичные значения емкостей 5-50 пф. Благодаря большому сопротивлению коллектора эта емкость сильно ограничивает диапазон усиливаемых частот.

Так как на пути от эмиттерного перехода к коллекторному переходу носители тока эмиттера не получают ускорения, то диффузия носителей тока эмиттера через базу к коллектору происходит относительно медленно, что приводит к заметному сдвигу во времени между токами эмиттера и коллектора. Этот сдвиг во времени проявляется как фазовый сдвиг тока коллектора относительно тока эмиттера на частоте сигнала. В схеме с общим эмиттером этот фазовый сдвиг может вызвать значительное снижение коэффициента усиления по току

ляется достаточное количество противоположной примеси, чтобы уравновесить первоначальную примесь и получить германий с противоположным типом проводимости. Далее, снова производится выращивание кристалла в течение короткого промежутка времени. После этого опять изменяется тип проводимости расплавленного германия и производится выращивание кристалла, пока новый слой не достигнет нужного размера. Таким способом можно изготовить транзисторы обоих типов: р-п-р и п-р-п. Транзистор типа п-р-п, полученный путем выращивания электронно-дырочных переходов, изображен на рис. 2-70, а.

Плоскостной транзистор можно получить путем вплавления примесей в германий того или иного типа проводимости. В расплавленный германий добавляется примесь, например мышьяк, чтобы получить германий типа п. Затвердевший металл разрезают на тонкие диски. Затем на противоположных поверхностях диска расплавляют капельки индия или галлия. При этом небольшое количество индия или галлия диффунди-

дмиттер

база

Эмиттер

Коллектор


база

Индии

Индий

Коллектор

Рис. 2-70. Схематическое изображение основных конструкций плоскостных транзисторов.

а - транзистор п-р-п, полученный путем выращивания электронно-дырочных переходов; б - поперечное сечение транзистора р-п-р сплавного типа.

база-коллектор В на относительно низких частотах при значениях о, близких к единице.

Это так, поскольку В = -.

1 - о

Обладая различной тепловой энергией, носители тока эмиттера имеют разные скорости диффузионного движения в базе от эмиттера к коллектору. Отсюда одни носители доходят до коллектора раньше, другие - позднее, несмотря на то, что и те и другие в одно и то же время оставили эмиттер. Это рассеивание ведет к искажению формы сигнала, так как разброс во времени прихода носителей на коллектор составляет часть периода полезного сигнала. В результате с увеличением частоты уменьшается коэффициент усиления по току а.

Конструкция плоскостных транзисторов. Плоскостные транзисторы можно изготовить тремя различными способами. Процесс выращивания электронно-дырочных переходов заключается в следующем. В резервуар с расплавленным германием добавляется соответствующее количество примеси, чтобы получить германий типа р или германий типа п. Затем в расплавленный материал опускается затравочный кристалл германия. В процессе вытягивания кристалла из расплава на нем выкристаллизовывается германий с определенным типом проводимости. Когда кристалл достигает нужного размера, в расплав добав-

рует в германии типа п, образуя в местах сплава области типа р. Таким образом, получается транзистор типа р-п-р. На рис. 2-70,6 представлен транзистор р-п-р сплавного типа.

Транзистор можно изготовить также элек-трохимическим путем. Две струи электролита направляются на противоположные стороны пластинки из германия с примесями. Через эти потоки пропускается электрический ток, в результате чего на пластинке образуются углубления. Когда кристалл становится достаточно тонким, полярность потоков меняется и на пластинку германия осаждается вещество с противоположной примесью. При такой технологии получается транзистор с очень тонким слоем базы и с точно рассчитанными параметрами. Тонкая база значительно улучшает качество работы транзистора на высоких частотах, но, с другой стороны, уменьшает допустимую мощность рассеивания.

Статические характер и-

с т и к и. Четыре взаимосвязанные величины характеризуют свойства транзистора и его режим работы в любой схеме. Этими величинами являются: ток эмиттера, напряжение между эмиттером и базой, ток коллектора и напряжение между коллектором и базой. Если две из этих величин заданы, то можно определить две другие величины.

Имеется несколько возможных путей построения характеристик транзистора. Однако чаще всего используют два семейства характеристик: 1) зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при различных постоянных значениях тока эмиттера; 2) зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттере при различных постоянных значениях тока



коллектора. Эти два семейства характеристик дают возможность полностью определить условия работы транзистора. Кроме того, так как широкое применение находит схема с общим эмиттером, то заводские данные очень часто включают семейство характеристик, показывающее зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при различных постоянных значениях тока базы. Использо-


0/5 о -ю Напряжение коллектора б

W -25


5 Ю 15 20

Напряжениецоллектора, б

Рис. 2-71. Характеристики типичного плоскостного транзистора. а - для схемы с общей базой; б - для схемы с общим эмиттером.

вание этих характеристик значительно упрощает построение линии нагрузки и определение рабочей точки для усилителей по схеме с общим эмиттером. Семейства характеристик для типичного плоскостного транзистора приведены на рис. 2-71. Как видно из рис. 2-71, а, коллекторные характеристики прямолинейны, почти параллельны оси напряжений и расстояние между всеми соседними кривыми почти одинаково. Это указывает на высокое выходное сопротивление и на хорошую линейность при больших сигналах.

2-9в. Точечно-контактные транзисторы. Первыми конструкциями транзисторов были точечно-контактные. Схематическое изображение устройства точечно-контактного транзисто-


Рис. 2-72. Схематическое изображение конструкции точечно-контактного транзистора.

1 - электрод эмиттера;

2 - электрод коллектора; 3- область с германием типа р; 4 -база (германий

типа га).

ра типа р-п-р показано на рис. 2-72. Два электрода с остро заточенными концами соприкасаются на небольшом расстоянии друг от Друга с пластинкой германия типа п, которая является базой транзистора. В процессе изготовления около контактов с электродами в массе германия типа п образуются небольшие полусферические области германия типа р. Одна из этих областей является эмиттером, другая-коллектором. В процессе формовки относительно большой ток пропускается через коллектор в течение короткого промежутка времени, чтобы получить в материале базы, окружающем коллектор, электронно-дырочный переход. Постоянное отрицательное напряжение на коллекторе увеличивает потенциальный барьер перехода и уменьшает прямой ток до значения, меньшего, чем обратный ток /0бр- При подаче постоянного положительного напряжения на эмиттер между эмиттером и базой будет протекать ток. Носителями этого тока в основном являются дырки, двигающиеся от эмиттера к базе. Так как переход база-коллектор находится очень близко от перехода эмиттер-база, то дырки притягиваются к коллектору под влиянием градиента потенциала через коллекторный переход. Хотя механизм усиления тока еще недостаточно изучен, однако опыт показывает, что точечно-контактные транзисторы дают усиление тока большее, чем единица. Типичные значения коэффициента а от 2 до 3.

Статические характеристики. Статические характеристики типичного точечно-контактного транзистора даны на рис. 2-73. Сравнение с характеристиками плоскостного транзистора (рис. 2-71) показывает, что сопротивление коллектора гк для точечно-контактного транзистора значительно меньше, обычно порядка 50 ООО ом. Входное сопротивление совсем низкое, от нескольких сотен ом при малых токах эмиттера и примерно до 50 ом при больших токах. Типичное усиление мощности для точечно-контактного транзистора порядка 20-30 дб.

Частотная характеристика. Частотная характеристика точечно-контактных транзисторов ограничивается теми же факторами, которые были рассмотрены для плоскостных транзисторов (см. § 2-96). Однако более низкое сопротивление коллектора гк и меньшая емкость коллектора благодаря меньшей площади коллекторного перехода ослабляют влияние этих факторов по сравнению с плоскостными транзисторами. Явления рассеивания и время перехода носителей тока от эмиттера к коллектору ограничивают частотную характеристику, уменьшая о по мере роста частоты. Однако в точечно-контактном транзисторе время



перехода неосновных носителей тока в базе меньше, чем в плоскостном транзисторе, так как электрическое поле коллектора простирается в область базы.

Время перехода электронов и дырок через германий в точечно-контактных транзисторах определяется выражением1

T=gl, (2-64)

где Т - время перехода электронов и дырок от эмиттера к коллектору, сек; S - расстояние между точечными контактами эмиттера и коллектора, см; а - удельная проводимость германия

(ом • см)1; р. - подвижность дырок или электронов, см/в сек;

скорость смещения электронов или дырок

градиент внешнего электрического поля /э - ток эмиттера, а.

Из уравнения (2-64) следует, что время перехода и, следовательно, частотная харак-


Рис. 2-73. Характеристики типичного точечно-контактного транзистора. а - коллекторные характеристики; б - эмиттерные характеристики.

теристика на высоких частотах находятся в сильной зависимости от расстояния между точечными контактами эмиттера и коллектора. При расстоянии между остриями около 75 мк верхняя граничная частота усиливаемого диапазона примерно равна 1,5 Мгц, а при расстоянии 12 мк - 200 Мгц. Из-за соображений стабильности и из-за трудности конструктивного выполнения большинство точечно-контактных транзисторов имеет верхнюю предельную частоту порядка 2-5 Мгц.

2-9г. Анализ схем транзисторов. Условное изображение транзисторов показано на рис. 2-74. Стрелка обозначает эмиттер и показывает условное направление тока эмиттера.

Эквивалентная схема транзистора. Эквивалентная схема транзистора показана на рис. 2-75. Сопротивление базы Гб входит как в цепь эмиттера, так и в цепь коллектора. Цепь коллектора содержит эквивалентный генератор напряжения i3rT. где

Эмиттер Коллектор Эмиттер Коллектор


База п-р-п

Рис. 2-74. Условное обозначение транзисторов в схемах.

«э - изменение тока эмиттера, а гг - общее сопротивление, аналогичное общей проводимости в электронной лампе. Эмиттер имеет динамическое сопротивление гэ, а коллектор - динамическое сопротивление гк.

Эмиттер

\ h \ г

Г . J

Коллектор

1 W. Shockley, Electrons and holes In semiconductors, D. Van Nostrand Company, Inc., New York, 1950.

База

Рис. 2-75. Эквивалентная схема транзистора.

Характеристики транзисторов можно построить как семейства кривых для четырех различных комбинаций параметров транзистора (рис. 2-73). Если рассматривать транзистор как обобщенный четырехполюсник (см, § 23-14), то можно написать следующие общие уравнения:

Ub = 1эгц -Икг12; (2-65)

U к = hrzi + кГзз- (2-66)

Каждое сопротивление, входящее в эти уравнения, соответствует определенной крутизне одной из характеристик транзистора. Для малых сигналов можно считать, что крутизна характеристики постоянна и равна крутизне в выбранной рабочей точке. На основании этого допущения можно определить значения каждого элемента в эквивалентной схеме транзистора. Сопротивление эквивалентной схемы на рис. 2-75 с уравнениями (2-65) и (2-66) дает возможность установить следующие соотношения.

га - г1а; (2-67)

г12; (2-68)

г22 - г1а; (2-69)

. r31 - rls. (2-70)

Кроме того, коэффициент усиления по току а определяется как

а = r 2L гб + гг Гц гб + гк

Полные эквивалентные схемы транзистора с учетом внешних сопротивлений для трех воз-

г б :

(1-71)



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 [21] 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233



0.0017