Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Магнитная запись импульсов 

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

§ 10-2]

Конструктивно-технологические разновидности транзисторов

Схемы включения с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором

Различают три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК) - в соответствии с тем, какой электрод является общим для входной и выходной цепей (рис. 10-9).

Описанный выше механизм работы транзистора дает представление о поведении его в схеме с ОБ.

Слишком большое различие между входным и выходным сопротивлениями транзистора в схеме с ОБ и отсутствие усиления по току (а < 1) часто ограничивают воз-


10-9. Три схемы включения транзистора. Для упрощения цепи питания транзистора не изображены.

В отличие от

можности практического использования этого способа включения.

Наибольшее распространение находит схема включения транзистора с ОЭ. Поскольку здесь входным током является ток базы, составляющий малую часть тока эмиттера (1 - а) /э, входное сопротивление оказывается

в J раз выше, чем в схеме с ОБ. Одновременно появ-

а

ляется усиление по току, равное-- .

схемы с ОБ в схеме с ОЭ транзистор меняет полярность усиливаемого сигнала.

Схема с ОК напоминает по своим свойствам катодный повторитель и часто именуется по аналогии эмиттерным повторителем. Поскольку все выходное напряжение здесь оказывается введенным в цепь эмиттерного перехода в противоположной входному сигналу полярности, эта схема характеризуется глубокой отрицательной обратной связью и не дает усиления по напряжению. Однако входное сопротивление транзистора в схеме с ОК получается наибольшим, а выходное - наименьшим в сравнении с предыдущими схемами, и эти качества иногда бывают очень цен-

ными. Усиление по току в схеме с ОК максимальное и достигает величины -Z-?- . . I 1 - а I

Сравнительные характеристики схем включения транзисторов приведены в табл. 10-1.

Особенности точечного транзистора

Общий принцип действия точечного транзистора, несмотря на существенные конструктивные и технологические отличия, аналогичен изложенному выше принципу работы плоскостного транзистора. Характерным отличием точечного транзистора является использование эффекта размножения носителей в коллекторе, механизм которого до сих пор полностью не изучен. Этот эффект приводит к тому, что полезная составляющая коллекторного тока может в 2-3 раза превышать дырочный ток, перенесенный через базу от эмиттера (приращение тока коллектора происходит за счет соответствующего . увеличения тока базы). При этом коэффициент усиления по току в схеме с общей базой превышает единицу и выражается соотношением

а= fiya*,

где а* - коэффициент умножения коллектора.

Несмотря на возможность реализации с такими транзисторами ряда оригинальных схем (мультивибратора на одном транзисторе, ;вустороннего усилителя и др.), точечные транзисторы уже почти полностью вытеснены плоскостными, которые обладают серьезными преимуществами в отношении стабильности работы, шумовых свойств, допустимых мощностей и пр.

Транзисторы с а > 1 удалось создать и в варианте плоскостной конструкции за счет особых режимов использования и за счет введения дополнительного р-п-перехода.

10-2. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РАЗНОВИДНОСТИ ТРАНЗИСТОРОВ

Точечные транзисторь!

Точечный транзистор состоит из припаянной к латунному основанию пластинки монокристаллического -германия, к наружной поверхности которой на близком

Таблица 10-1

Сравнительные характеристики схем включения транзисторов с ОБ, ОЭ и ОК

Характеристика схемы

Схема включения триода

с общей базой

с общим эмиттером j с общим коллектором

Входное сопротивление

Выходное сопротивление

Усиление по току (при коротком замыкании выхода) Усиление по напряжению

Усиление по мощности при согласовании

Усиление по мощности в многокаскадных усилителях на сопротивлениях

Малое Среднее

(30-100 ом) (400-2 ООО ом)

Большое Среднее

(0,2-1 Мом) (25-100 ком)

Отсутствует (около 1)

Примерно одинаковое (зависит от нагрузки и может доходить до 1 ООО -5 ООО)

Большое (5-200 ком)

Малое (30-10 ООО ом) Примерно одинаковое (10--100)

Отсутствует (около 1)

Среднее (30 дб) Отсутствует

Большое (40 дб) Большое (25 дб на каскад)

Малое (15 дб) Малое (до 30 дб на весь усилитель)

Средние числовые значения, указанные в таблице, соответствуют усилителям, работающим при малом уровне выходной мощности (не более единиц милливатт) в типичной рабочей точке (1 ма при 5-10 е).



расстоянии друг от друга (несколько десятков микрон) прижаты острия двух прт^жинок (рис. 10-10). Пружинка эмиттерного контакта изготавливается из сплава меди с бериллием, коллекторная - из фосфористой бронзы.

Образование р-п-переходов в местах контактов пружинок с полупроводником объясняется появлением тонкого поверхностного слоя с обратным типом проводимости. Для улучшения выпрямляющих свойств точечных контактов они в процессе изготовления транзистора подвергаются специальной электрической формовке путем пропускания большого обратного тока.

Для повышения механической прочности и защиты контактов от загрязнений их покрывают специальным подмазоч-ным веществом.

Точечные транзисторы обладают коэффициентом усиления по току а > 1 (в среднем а = = 2-нЗ). В то же время им свойствен большой разброс электрических характеристик от одного экземпляра к другому, высокий уровень шумов, низкая механическая прочность. Кроме того, усилители на точечных транзисторах склонны к самовозбуждению, обеспечивают небольшое усиление мощности сигнала, не позволяют эффективно усиливать частоты выше 5-10 Мгц и обладают малой выходной мощностью. По мере усовершенствования плоскостных транзисторов все это привело к значительному сокращению выпуска и применения точечных транзисторов.


Рис. 10-10. Конструкция точечного транзистора.

/ - пластинка из германия п-типа (база); 2 - эмиттерная пружинка; 3 - коллекторная пружинка; 4- защитная подмазка; 5 - кристал-лодержатель; 6 - корпус; 7 - оболочка; S - выводы; [9 - изоляционная втулка.

Плоскостные транзисторы

Существуют несколько разновидностей плоскостных транзисторов, которые принято классифицировать по принципу действия и технологии изготовления. По принципу действия различают транзисторы диффузионные, у которых движение неосновных носителей в области базы происходит только за счет диффузии, и дрейфовые, у которых это двиление происходит также и за счет электрического поля. К диффузионным транзисторам относятся триоды, изготовляемые методом выращивания и методом сплавления, а также поверхностно-барьерные триоды. К дрейфовым транзисторам относятся триоды с двухслойной базой и триоды с неравномерным содержанием примеси вдоль базы. Последний вид триодов изготовляется методом диффузии примесей в базу и поэтому иногда называется диффузионным, хотя по принципу действия является дрейфовым.

Выращенные транзисторы. Выращенные из расплава или так называемые тянутые транзисторы явились первыми типами плоскостных диффузионных транзисторов. Монокристаллы полупроводника приготовляют путем вытягивания нарастающего на затравку кристалла из расплава данного вещества, находящегося при температуре, близкой к температуре затвердевания. Для образования в объеме вытягиваемого монокристалла р-п-переходов в расплав вводят соответствующие примеси. Сбрасывая нужные примеси в определенные моменты времени или изменяя скорость вытягивания монокристалла, удается получать чередующиеся области с различными типами . проводимости. Изготовленный таким образом монокристалл

разрезается затем на штабики сечением 1-2 мм, причем по длине каждого щтабика размещаются три области с про-водимостями П-, р- и п-типов. После шлифовки, припайки выводов, электролитической очистки и монтажа в соответствующем корпусе эти штабики становятся плоскостными транзисторами (рис. 10-11).


Рис. 10-11. Этапы изготовления и конструкция выращенного транзистора.

Сложным моментом изготовления тянутого транзистора является нахождение тонкой базовой области и припайка к ней вывода базы. Базу тоньше 20 мк в рамках этой технологии получать очень трудно, поэтому частотный предел тянутых транзисторов ограничивается 5- 10 Мгц.

Сплавные транзисторы. Наиболее распространенными сейчас являются диффузионные транзисторы, получаемые методом вплавления примесей в однородную монокристаллическую пластинку полупроводника (рис. 10-12). На пластинку, например, из п-гер-мания с обеих сторон соосно накладываются две навески индия. Затем пластинка нагревается до температуры


Рис. 10-12.

сплавного

Конструкция транзистора.

/ - вывод эмиттера; 2-вывод базы; 3-вывод коллектора; 4 - стеклянные изоляторы; 5-фланец; В-колба; 7 - ленточная перемычка - усик эмиттера; 8 - эмиттерная навеска; 5-кристал-лодержатель; tQ - пластинка из германия; ~ коллекторная навеска; /г-ленточная перемычка - усык коллектора.

плавления индия, причем в индии растворяется прилегающий слой германия. При охлаждении происходит рекристаллизация герйания, однако области, насыщенные индием, приобретают проводимость обратного знака (р-типа).

При такой технологии вывод базы делать легко, так как базовая область

формируется в самой пластинке германия.

В связи с тем, чтс! вывод базы образуется за счет при-паивания кристаллодержателя к значительной поверхности пластинки полупроводника, получается хороший теплоот-вод. Используя пластинки больших размеров, методом вплавления легко изготовляются транзисторы на повышенные мощности.

Однако для получения высокочастотных транзисторов надо с большой точностью выдерживать геометрию р-п-переходов, что требует тщательной отработки сборки и режимов вплавления. Практически в рамках сплавной техно-




логии получают транзисторы с предельными рабочими частотами до 30 Мгц.

Поверхностно-барьерные транзисторы. В целях дальнейшего повышения частотного предела диффузионных плоскостных транзисторов был разработан электрохимический способ их изготовления. Для получения весьма тонких и однородных по толщине базовых областей в пластинках германия вытравливаются струйным методом лунки, а затем путем электролитического осаждения на дно лунок наносятся тонкие поверхностные слои ме-,

талла, служащие эмиттером и коллектором (рис. 10-13).

Механизм образования р-п-переходоБ у таких транзисторов сходен с точечными транзисторами. Поверхностно-барьерные транзисторы получают на частоты до 60-80 Мгц.

Их недостатками являются малые допустимые мощности (до. 10-15 мет) и низкая электрическая прочность. Случайный кратковременный импульс большого тока или напряжения моментально выводит поверхностно-барьерный транзистор из строя.

Транзисторы с двухслойной базой. У рассмотренных выше диффузионных транзисторов Б области базы отсутствует электрическое поле и движение неосновных носителей происходит лишь благодаря диффузии. Для ускорения движения неосновных носителей через базу, с целью повышения предельной рабочей частоты транзистора, необходимо, чтобы в области базы действовало электрическое поле, что достигается путем уменьшения концентрации примесей в приколлекторной части базовой области, при этом неосновные носители проходят через базу не только благодаря диффузии, но и вследствие их дрейфа в ускоряющем электрическом поле.

По сравнению с обычным транзистором, например, р-п-р-типа, в описываемом транзисторе приэмиттерная часть базы делается так же п-типа, а в приколлекторной части путем специальных технологических приемов создается собственная проводимость (г). Соответственно, такие транзисторы называют транзисторами p-n-i-p- и п-р-г-п-типа.

При одинаковой геометрии транзисторы с двухслойной базой обладают в 2-3 раза более высоким частотным пределом, чем обычные диффузионные. Кроме того, свойственное им расширение слоя объемного заряда коллекторного перехода приводит к уменьшению емкости коллектора и напряженности электрического поля в коллекторном переходе. Последнее обстоятельство содействует повышению допустимого обратного напряжения.

Принцип дрейфа неосновных носителей в области базы реализуется также у транзисторов с неравномерным содержанием примеси в базовой области (см. следующий тип).

Дрейфовые транзисторы с неравномерным содержанием примеси в области базы, изготовляемые методом диффузии примесей. Наиболее перспективной технологией, позволяющей создавать хорошие плоскопараллельнце р-п-переходы, наиболее тонкие базовые области и использовать принцип дрейфа неосновных носителей в базе, в настоящее время является диффузионная технология

Рис. 10-13. Конструкция поверхностно-барьерного тран-оистора.

/ - вывод эмиттера; 2-вывод базы; 3 - вывод коллектора; 4 - стеклянный изолятор; 5-фланец; 5-колба;

7 - усик эмиттера; 8 - пластинка из германия п-тнпа; 9 - металлизован-ный слой; 10 - уснк коллектора.

транзисторов. На ее основе созданы транзисторы, пригодные для усиления и генерирования колебаний с частотами в сотни мегагерц. Она же открывает возможности существенного повышения мощности высокочастотных транзисторов.

Диффузионная технология основана на способности газообразных и жидких веществ проникать внутрь твердых тел. Это явление используется для введения через поверхность монокристаллической пластинки исходного полупроводника необходимых для создания р-п-переходов примесей. Процессы диффузии проводятся при повышенных температурах.

Эта технология отличается большим разнообразием практических вариантов.

10-3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРОВ

Статические характеристики

Статические характеристики выражают зависимость между постоянными напряжениями и токами, действующими в цепях электродов транзистора. В соответствии с тремя схемами включения транзистора различают статические характеристики транзистора в схемах с общей базой, с общим эмиттером-и с общим коллектором. Наиболее употребительны первые две системы статических характеристик.

Входные характеристики транзистора в схеме с общей базой (рис. 10-14) показывают зависимость тока эмиттера /э от напряжения эмиттера относительно базы t/g. g.


иэ.б


О

Рис. 10-14. Семейство вход- Рис. 10-15. Семейство входных статических характе- ных статических характеристик транзистора в схеме ристик транзистора в схеме с общей базой. с общим эмиттером.

Ч

Для различных напряжений на коллекторе U.. 6 входные характеристики отличаются слабо.

Входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером (рис. 10-15) показывают зависимость тока базы /б от напряжения базы относительно эмиттера t/g. э-Отличие характеристик при разных напряжениях на коллекторе С/к. э несколько больше, чем в схеме с общей базой.

Выходные или коллекторные характеристики транзистора в схеме с общей базой показывают зависимость тока коллектора /к от напряжения коллектора относительно базы t/к.б- Семейства выходных характеристик бывают двух типов: при фиксированных значениях тока эмиттера /э (рис. 10-16) и при фиксированных значениях напряжения на эмиттера t/g. g (рис. 10-17). Характеристика семейства первого типа при /э = О представляет собой зависимость обратного тока коллекторного перехода от приложенного к нему обратного напряжения.

Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером показывают зависимость тока коллектора /к от напряжения коллектора относительно эмиттера ф^, э)



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

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95