книги / Физические основы электроники

увеличении приложенного к нему напряжения. На этом участ­ ке возрастают коэффициенты передачи си и а 2 и возникает ла­ винное размножение носителей в коллекторном переходе Пг.

Участок 1 заканчивается в точке перегиба вольт-ампер- ной характеристики А, где i?, = 0. Напряжение и ток, соответ­ ствующие точке А прямого переключения, называются соот­ ветственно напряжением переключения i/nq> и током пере­ ключения /пер.

Переключение наступает при условии (си + а2)М = 1. Дальнейшее возрастание тока диода сопровождается умень­ шением падения напряжения на нем (участок 2 с отрицатель­ ным дифференциальным сопротивлением). Возрастание (<xi + + а 2) сопровождается уменьшением М, а следовательно, и уменьшением падения напряжения на коллекторном переходе. Минимальное падение напряжения 1/ост = 0,8-1,5 В наблюда­ ется в точке обратного переключения при токе выключения /выкл. При этом все три перехода смещены в прямом направле­ нии и диод работает в режиме глубокого насыщения. Даль­ нейший рост тока почти не сказывается на величине остаточ­ ного напряжения (участок 3). При обратных напряжениях вольт-амперная характеристика не отличается от обратной ветви характеристики обычного диода.

Переключенный диод может находиться в двух состояни­ ях устойчивого равновесия: на участке 1 с малым током диода и большим падением напряжения на нем и на участке 3 с большим током и малым падением напряжения, т.е. его мож­ но использовать в качестве ключа. Для переключения диода необходимо изменить внешнее приложенное напряжение Е.

Основными параметрами динистора являются:

•напряжение прямого переключения £/nq>;

•допустимое обратное напряжение £/06Р;

•остаточное напряжение Uocr, соответствующее номи­ нальному току;

•номинальный ток нагрузки 1„;

•ТОК выключения /выкл, при котором средний п—/^-пере­ ход закрывается;

•ток утечки /ут, соответствующий прямому напряжению (/пер/2;

•время включения тВКл« 10-30 мкс;

•время выключения тВыкл « 20-30 мкс.

Различают полевые транзисторы с затвором в виде р—п- перехода и полевые транзисторы с изолированным затвором (или МОП-транзисторы).

Полевые транзисторы изготовляют из кремния и в зави­ симости от электропроводимости исходного материала под­ разделяют на транзисторы с каналами р- и л-типа. Транзисто­ ры с диэлектриком на основе окислов кремния принято назы­ вать МОП-транзисторами (металл—окисел—полупроводник). Классификация и условные обозначения полевых транзисто­ ров по ГОСТ 2.730—73 приведены в табл. 3.4. При использо­ вании иных или слоистых диэлектриков транзисторы назы­ вают МДП-транзисторами (металл—диэлектрик—полупро­ водник).

Полевые транзисторы с затвором в виде р —л-перехода.

Рассмотрим работу полевого транзистора типа плоской кон­ фигурации (его иногда называют унитроном), структура ко­ торого приведена на рис. 3.28.

Канал полевого транзистора представляет собой область полупроводника с электропроводностью л-типа, изменением поперечного сечения которого регулируется поток основных носителей через прибор. Можно изготовить структуру с кана­ лом /ьтипа, однако она будет иметь худшие частотные свой­ ства, худшую стабильность и большие шумы.

Торцы канала являются электродами с омическими кон­ тактами, к которым последовательно подключаются источ­ ник питания и нагрузка. Торцы канала имеют неинжектиру­

ющие контакты. Электрод, через который в канал втекают основные носители (здесь электроны), называют истоком, а электрод, через который из канала они вытекают, — стоком. У полевого транзистора л-типа на сток подается положитель­ ный потенциал, относительно истока. Электроны, которые движутся вдоль канала от истока с низким потенциалом к стоку с более высоким потенциалом, образуют ток стока h.

Проводящий канал заключен между двумя р—л-перехода- ми. Переходы отделяют канал от областей с электропровод­ ностью типа р. Эти области играют роль единого электрода, называемого затвором.

Затвор предназначен для регулирования поперечного се­ чения канала. На затвор подается напряжение t/з, смещающее р—л-переходы в обратном направлении. При изменении по­ тенциала затвора меняется толщина переходов и соответст­ венно сечение канала. Это изменяет эффективное сопротив­ ление токопроводящего канала и ток рабочей зоны (слой про­ странственного заряда р —л-переходов почти полностью ли­ шен подвижных носителей заряда и его электропроводность практически равна нулю).

Полевой транзистор является прибором, управляемым не током, а напряжением. При надлежащем включении он будет усиливать входной сигнал.

Если исток и сток заземлены (потенциалы UH= Uc - 0), то сечение канала на всем протяжении будет одинаковым, так как обратное смещение р—л-переходов постоянно и равно t/з. При достаточно большом отрицательном смещении на затво­ ре пространственный заряд переходов займет весь канал. Н а­ пряжение на затворе, при котором переходы займут весь ка­ нал, называется напряжением отсечки — U3.отсечки.

В рабочем режиме между стоком и истоком приложена разность потенциалов +UCи по каналу течет ток, который образует падение напряжения на сопротивлении материала канала (рис. 3.29).

Это падение напряжения изменяется от значения £/(,) = 0 около истока до t/(,) = Uc возле стока. Сечение канала по дли­ не будет переменным, так как обратное смещение переходов, образованное напряжением на затворе и падением напряже-

нала). Начиная с некоторого напряжения на стоке U C.H пере­ ходы почти смыкаются. Дальнейшее повышение Uc не приво­ дит к увеличению Л. Наступает так называемое насыщение тока стока.

Напряжение, при котором наступает насыщение, называ­ ют напряжением насыщения U C.H. При t/з = О напряжение на­ сыщения равно напряжению отсечки {/с.н = t/з.отсечки, а ток сто­ ка достигает своего наибольшего значения /макс. При этом смыкание переходов является следствием увеличения тока стока; возникает отсечка не самого тока, а его приращения.

Если между затвором и истоком включено постоянное напряжение U3, смещающее переходы в обратном направле­ нии, то режим насыщения наступает при меньших значениях напряжения и тока стока. При этом напряжение насыщения определяется по формуле

Область насыщения выходных характеристик (ее часто называют неоднородной) является основной рабочей областью. Ток /с в области насыщения не остается строго постоянным, а несколько возрастает с увеличением Uc. Это связано с умень­ шением фактической длины канала, различного рода утеч­ ками, влиянием сильных электрических полей и температуры. Область допустимых напряжений на стоке ограничена напря­ жением лавинного пробоя в цепи сток—затвор.

Параметры полевого транзистора. Важнейшими дифферен­ циальными параметрами полевого транзистора являются:

3) инерционность (высокочастотные свойства).

Обычно оценку высокочастотных свойств проводят по средней емкости сопротивления канала. При работе на высо­ ких частотах будут оказывать влияние также паразитные ем­ кости затвор — исток, сток — исток, затвор — сток.

Сопротивление токопроводящего канала, рассеиваемая мощность, рабочие токи и напряжения, усилительные и час­ тотные свойства полевого транзистора во многом зависят от его конструктивного исполнения и технологии изготовления. Дальнейшее усовершенствование полевых транзисторов при­ вело к созданию полевых транзисторов с изолированным за­ твором, так называемых МОП-транзисторов (металл — оки­ сел — полупроводник) или МДП-транзисгоров (структура ме­ талл — диэлектрик — полупроводник).

В транзисторе с изолированным затвором ток утечки за­ твора Л уменьшен по сравнению с обычным полевым транзи­ стором. Вольт-амперные характеристики полевых транзисто­ ров с изолированным затвором в основном аналогичны их характеристикам с затвором в виде р—л-перехода. В то же время изолированный затвор позволяет работать в области положительных напряжений на затворе U3.и > 0, в которой происходит расширение канала и увеличение тока стока /с.

В качестве предельно допустимых параметров нормиру­ ются: максимально допустимые напряжения Ucи..макс И 1/э.н.макс| максимально допустимая мощность Рс. макс, максимально допустимый ток стока / с.макс. Междуэлектродные емкости поле­ вых транзисторов затвор — сток Сз.с и затвор — исток Сз.и обычно не превышают 10-20 пФ.

Полевые транзисторы являются низкочастотными прибо­ рами и хорошо работают на частотах до нескольких мега­ герц. Этот вид транзисторов имеет большое входное сопро­ тивление (Ю М О8 Ом). Его применяют в усилительных каска­ дах с большим входным сопротивлением, ключевых и логи­ ческих схемах.

3.5. Излучающие полупроводниковые приборы

Светодиод — это полупроводниковый диод, в котором предусмотрена возможность вывода светового излучения из области р —л-перехода сквозь прозрачное окно в корпусе. Принцип действия светодиода основан на том, что при пере­ ходе возбужденного электрона на более низкий энергетиче­ ский уровень и рекомбинации носителей заряда (электронов и дырок) происходит выделение энергии в виде квантов света.