Главная
Коллекция "Revolution"
Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Биполярные транзисторы
Биполярные транзисторы
Общие сведения о транзисторах. Характеристика принципа работы биполярных транзисторов, особенности схемы их включения и разновидности. Биполярные транзисторы с изолированным затвором. Влияние частоты на усилительные свойства биполярных транзисторов.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 12.11.2013 |
| Размер файла | 990,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Санкт-Петербургский Национальный Исследовательский Университет Информационных технологий, Механики и Оптики
Кафедра Электроники
Реферат на тему:
"Биполярные транзисторы"
Выполнила: Марина Д.
Проверил: Олехнович Р.О.
Санкт-Петербург 2013
Оглавление
- Введение
- Общие сведения о транзисторах
- Биполярные транзисторы
- Общие сведения
- Принцип работы биполярных транзисторов
- Схемы включения биполярных транзисторов
- Разновидности биполярных транзисторов
- Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ)
- Структура БТИЗ
- Силовые NPT IGBT транзисторы Microsemi с рабочим напряжением 650 В для промышленных применений
- Влияние частоты на усилительные свойства биполярных транзисторов
- Влияние температуры на режимы работы биполярных транзисторов
- Вывод
- Список литературы
Введение
На протяжении большей части ХХ века главной наукой была физика. Электрификация, автомобили, полеты в космос, атомная бомба - всеми этими достижениями человечество обязано именно физике.
Электроника, в основе которой лежат именно физические процессы, т.е. самая настоящая физика, уже в значительной мере изменила мир. Современный этап развития человеческого общества характеризуется все возрастающим проникновением электроники во все сферы жизни и деятельности людей. Достижения в этой области в значительной мере способствуют решению сложнейших научно-технических проблем, повышению эффективности научных исследований, созданию новых видов машин и оборудования, разработке эффективных технологий и систем управления, получению материалов с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации и другого.
Последнее информационное направление в настоящее время является наиболее актуальным и самым известным. Совершенно невозможно представить наш мир без персональных компьютеров, ноутбуков, смартфонов, планшетников - всего того, без чего немыслимы информационные технологии. Однако все эти вещи стали нашей реальностью только и исключительно благодаря развитию микроэлектроники.
Первые машины, для описания которых можно применить термин "компьютер", появились в 1940-х гг. Основу ЭВМ составляли вакуумные лампы размером примерно 12 мм в диаметре и 40 в высоту. На смену им пришли транзисторы, которые позже уступили место интегральным кремниевым схемам.
Вскоре после рождения микроэлектроники стало понятно, что ее развитие будет стремительным. С ростом числа транзисторов растет и мощность соответствующих вычислительных устройств.
Долгое время это правило, получившее название закона Мура, выполнялось, однако в последнее время скорость прироста числа транзисторов начала падать. Причиной этого стало приближение к физическому пределу - размер транзисторов сократился до десятков нанометров.
биполярный транзистор усилительное свойство
Общие сведения о транзисторах
Транзисторами называют полупроводниковые приборы, которые располагают не менее чем тремя выводами и в определённых обстоятельствах могут усиливать мощность, преобразовывать сигнал, или генерировать колебания. Различных видов транзисторов много - это полевые (униполярные) и биполярные транзисторы, биполярные транзисторы с изолированным затвором и однопереходные (двухбазовые) транзисторы, фототранзисторы и другие.
Усилительные каскады, выполненные на транзисторах, требуют небольшого напряжения питания величиной всего в несколько вольт, а КПД может достигать нескольких десятков процентов. Транзисторы по сравнению с электронными лампами обладают большей экономичностью, низким энергопотреблением, длительным временем наработки на отказ, малой массой и габаритами, высокой механической прочностью. К недостаткам транзисторов следует отнести невысокую радиационную стойкость, невозможность работы при температуре полупроводникового кристалла из кремния значительно выше 125°C и прочее.
Транзисторы классифицируют по материалу полупроводника, подразделяя на германиевые, кремниевые, из арсенида галлия и прочие.
Биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют дырочный тип проводимости, называют транзисторами с прямой проводимостью, или структуры p-n-p. А биполярные транзисторы, у которых две из трёх областей имеют электронный тип проводимости, называют транзисторами с обратной проводимостью, или структуры n-p-n.
Рассматриваемые приборы, которые не способны усиливать сигнал с частотой более 3 МГц, называют низкочастотными транзисторами. Приборы, которые могут усиливать сигнал с частотой более 3 МГц, но менее 30 МГц, называют среднечастотными транзисторами. А транзисторы, которые допускают усиление сигнала с частотой, превышающей 30 МГц, называют высокочастотными, а позволяющие работать на ещё большей частоте (выше 300 МГц) называют сверхвысокочастотными.
Если компоненты не могут обеспечить мощность рассеяния, превышающую 0,3 Вт, то такие транзисторы называют маломощными. Приборы, которые имеют рассеиваемую мощность более 0,3 Вт, но менее 3 Вт, называют транзисторами средней мощности. А транзисторы, мощность рассеяния которых превышает 3 Вт, называют мощными транзисторами.
Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор, разработанный в 1949-1950 гг. американским физиком В. Шокли, наиболее распространенный тип усилительного полупроводникового прибора и является универсальным элементом электронной техники.
Перед нами важнейшие характеристики типичного маломощного кремниевого транзистора: характеристика прямой передачи (рис.1.1) и семейство выходных характеристик - при заданном токе эмиттера (рис.12) и при заданном напряжении база-эмиттер (рис.1.3). Отметим главное.
При тех значениях тока коллектора Iк, которые являются допустимыми для конкретного прибора, напряжение между базой и эмиттером транзистора почти всегда должно находится в пределах 0,6-0,7 В.
Крутизна прямой передачи биполярного транзистора очень велика (десятки и сотни мА/В), это хорошо видно на рис 1.1.
Выходное сопротивление транзистора (см. рис 1.2) при заданном эмиттерном токе очень велико не менее 1 Мом.
Усилительные свойства транзистора сохраняются при снижении напряжения между коллектором и базой Iкб до нуля (и даже чуть ниже - см. рис.1.2)
Токи коллектора и эмиттера практически равны между собой. Точнее, они различаются между собой на малую величину тока базы:
,
Причем отношение представляет собой параметр транзистора - коэффициент передачи тока, обозначаемый h21Э (можно также и встретить вариант ).
Общие сведения
Биполярными транзисторами называют полупроводниковые приборы с двумя взаимодействующими электрическими p-n-переходами, которые способны усилить сигнал по мощности за счет внешнего источника питания. Простейшим транзистором служит полупроводниковый троид с двумя p-n-переходами. Его структура представлена на рис.2.
рис.2
В биполярном транзисторе в переносе тока одновременно принимают участие два типа зарядов - электроны и дырки. Переходы транзистора образованы тремя областями с чередующимися типами проводимости. В зависимости от порядка чередования этих областей различают транзисторы n-p-n и p-n-p типа. Транзисторы n-p-n типа предпочтительнее, так как подвижность электронов в них выше подвижности дырок.
Переход, работающий в прямом направлении, называется эмиттерным, а соответствующий крайний слой - эмиттером. Средний слой называется базой. База имеет проводимость противоположного типа и всегда является высокоомной, т.е. концентрация дырок в ней во много раз меньше, чем концентрация электронов в эмиттере.
Второй переход, нормально смещенный в обратном направлении, называется коллекторным, а крайний слой - коллектором. Это название отражает функцию собирания инжектированных носителей, прошедших через слой базы. Концентрация электронов в нем тоже велика, она лишь незначительно ниже, чем в эмиттере.
Транзистор, вообще говоря, обратимый прибор, т.е. эмиттер и коллектор можно поменять местами, сохранив работоспособность прибора. Однако в связи с несимметричностью реальной структуры, а также различием материалов эмиттера и коллектора нормальное и инверсное включения транзистора неравноценны.
В зависимости от технологии изготовления транзистора концентрация примесей в базе может быть распределена равномерно или неравномерно. При равномерном распределении внутреннее поле отсутствует, и неосновные носители в базе движутся в ней вследствие процесса диффузии. Такие транзисторы называются диффузионными или бездрейфовыми.
При неравномерном распределении концентрации примесей в базе имеется внутреннее электрическое поле, и неосновные носители заряда движутся в ней в результате дрейфа и диффузии, причем дрейф играет доминирующую роль.
Принцип работы биполярных транзисторов
Если к транзистору приложить напряжение к эмиттерному переходу в прямом направлении, а к коллекторному переходу в обратном направлении (рис.3), причем Ек>>Еэ (Ек=110В, Еэ=0,11 В), то тогда эмиттерный переход открывается, его потенциальный барьер уменьшается, переход становится более узким, его сопротивление снижается и начинается процесс инжекции носителей заряда из эмиттера в базу (в нашем случае электронов), так как концентрация электронов в эмиттере гораздо выше концентрации дырок в базе. Поэтому база заполняется неосновными носителями заряда и поскольку толщина базы w в реальных транзисторах делается меньше, чем длина свободного пробега электронов L, то лишь малая часть электронов, инжектированных в базу, рекомбинирует с дырками базы. Заряд рекомбинированных электронов остается в базе и для восстановления электронейтральности базы из внешней цепи должен прийти дополнительный положительный заряд, поэтому ток базы представляет собой ток рекомбинации.
рис.3
Основная часть электронов, инжектированных в базу, не успевает рекомбинировать с дырками и попадает вблизи коллекторного в электрическом поле, которое для них является ускоряющим, поскольку коллекторный переход включен в обратном направлении, а электроны в базе являются неосновными носителями заряда. Поэтому все электроны из базы поступают в коллектор, образуя во внешней цепи коллекторный ток. Кроме тока, вызванного инжектированными в базу неосновными носителями заряда, через коллекторный p-n-переход, смещенный в обратном направлении, протекает обычный обратный неуправляемый ток ко. Таким образом, полный ток в цепи будет равен
э= к+ б+ ко.
Так как база высокоомна, то можно считать, что дырки в эмиттер не переходят, поскольку они еще в базе рекомбинируют с электронами. Рекомбинация дает ток базы, который невелик, потому что концентрация дырок в базе мала.
В данной схеме транзистор включен с общей базой, в которой ток эмиттера является входным током э=вх, а ток коллектора выходным к=вых. Для транзистора важно знать соотношения между входным и выходным током, поэтому для расчета электрических эквивалентных схем вводят следующий параметр - коэффициент передачи по току.
т.е. схема с общей базой не усиливает по току, поскольку всегда. Коэффициент можно еще записать в виде: ,
где -коэффициент инжекции электронов, показывающий какую часть от полного тока эмиттера составляет его электронная составляющая, так как в полный ток эмиттера входит и дырочная составляющая, которая гораздо меньше первой; k-коэффициент переноса электронов через базу, показывающий долю инжектированных электронов, доходящих до коллектора и зависящий от толщины базы, которая в свою очередь, зависит от напряжения на p-n-переходе.
Предположим теперь, что на вход данной схемы поступил переменный сигнал Uвх. В этом случае через открытый эмиттерный переход начнет протекать входной ток эмиттера вх=э=Uвх/Rэ. Ток коллектора примерно равен току эмиттера, тогда на выходе транзистора, на коллекторном переходе, появится переменный сигнал, равный Uвых=Uк= к*Rк. Коэффициент усиления транзистора по напряжению:
Поскольку сопротивление закрытого коллекторного перехода гораздо больше, чем открытого эмиттерного перехода, то коэффициент усиления транзистора по напряжению для данной схемы будет очень большим. Таким образом, схема включения транзистора с обще базой не усиливает сигнал по току, но очень хорошо усиливает сигнал по напряжению. Усиление происходит за счет внешнего источника питания.
Схемы включения биполярных транзисторов
1. Схема включения транзистора с общим эмиттером.
Между базой и эмиттером транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, подсоединяют источник сигнала, а к коллектору - нагрузку. К эмиттеру транзистора подключают полюсы одинаковых знаков источников питания. Входным током каскада выступает ток базы транзистора, а выходным током - ток коллектора.
На практике обходятся одним источником питания, а не двумя. Включение n-p-n транзистора совершенно аналогично включению p-n-p транзистора, однако в данном случае придётся поменять полярность обоих источников питания.
Коэффициент усиления каскада равен отношению тока коллектора к току базы и обычно может достигать от десятков до нескольких сотен. Транзистор, включённый по схеме с общим эмиттером, теоретически может дать максимальное усиление сигнала по мощности, относительно других вариантов включения транзистора. Входное сопротивление рассматриваемого каскада, равное отношению напряжения база-эмиттер к току базы, лежит в пределах от сотен до тысяч Ом. Это меньше, чем у каскада с транзистором, подсоединённым по схеме с общим коллектором. Выходной сигнал каскада с общим эмиттером обладает фазовым сдвигом в 180° относительно входного сигнала. Флюктуации температуры оказывают значительное влияние на режим работы транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером, и поэтому следует применять специальные цепи температурной стабилизации. В связи с тем, что сопротивление коллекторного перехода транзистора в рассмотренном каскаде выше, чем в каскаде с общей базой, то необходимо больше времени на рекомбинацию носителей заряда, а, следовательно, каскад с общим эмиттером обладает худшим частотным свойством.
2. Схема включения транзистора с общим коллектором.
К эмиттеру транзистора, включённого по схеме с общим коллектором, подсоединяют нагрузку, на базу подают входной сигнал. Входным током каскада является ток базы транзистора, а выходным током - ток эмиттера.
С нагрузочного резистора, включённого последовательно с выводом эмиттера, снимают выходной сигнал. Вход каскада обладает высоким сопротивлением, обычно от десятых долей МОма до нескольких МОм из-за того, что коллекторный переход транзистора заперт. А выходное сопротивление каскада - напротив, мало, что позволяет использовать такие каскады для согласования предшествующего каскада с нагрузкой. Каскад с транзистором, включённым по схеме с общим коллектором, не усиливает напряжение, но усиливает ток (обычно в 10 … 100 раз). Фаза входного напряжения сигнала, подаваемого на каскад, совпадает с фазой выходного напряжения, т.е. отсутствует его инверсия. Именно из-за сохранения фазы входного и выходного сигнала каскад с общим коллектором носит другое название - эмиттерного повторителя. Температурные и частотные свойства эмиттерного повторителя хуже, чем у каскада, в котором транзистор подключён по схеме с общей базой.
3. Схема включения транзистора с общей базой.
В каскаде, собранном по схеме с общей базой, напряжение входного сигнала подают между эмиттером и базой транзистора, а выходное напряжение снимают с выводов коллектор-база.
В данном случае эмиттерный переход компонента открыт и велика его проводимость. Входное сопротивление каскада невелико и обычно лежит в пределах от единиц до сотни Ом, что относят к недостатку описываемого включения транзистора. Кроме того, для функционирования каскада с транзистором, включённым по схеме с общей базой, необходимо два отдельных источника питания, а коэффициент усиления каскада по току меньше единицы. Коэффициент усиления каскада по напряжению часто достигает от десятков до нескольких сотен раз.
К достоинствам нужно отнести возможность функционирования каскада на существенно более высокой частоте по сравнению с двумя другими вариантами включения транзистора, и слабое влияние на работу каскада флюктуаций температуры. Именно поэтому каскады с транзисторами, включёнными по схеме с общей базой, часто используют для усиления высокочастотных сигналов.
Разновидности биполярных транзисторов
· Точечный транзистор - первый полупроводниковый прибор, в котором обнаружен эффект усиления. Это явление, при котором ток зонда повторяет изменение тока основного контакта при значительном обратном напряжении. При формировке контактов под иглами образуются слои: р-типа под эммитером, двойной p-n-слой под коллектором. Главным из отличий является то, что в этих структурах имеет место усиление тока в схеме с ОБ, т.е. б > 1. Допустимая рассеиваемая мощность таких приборов мала и составляет несколько 100мВт, Iко ? 1ч2 мА, rк =7ч15 кОм, rэ ? rб= до 500 Ом, т.е. параметры их значительно хуже, чем у плоскостных. И сегодня они с успехом заменены дрейфовыми и лавинными транзисторами.
· Лавинный транзистор - прибор, использующий ударную ионизацию в коллекторном переходе, которая дает возможность получить S-образную (неоднозначную по напряжению) выходную характеристику в схеме с ОЭ. Упрощенная формула для сопротивления:
rk= UM (-dб/dIэ) / [n (1-б) (n-1) /n].
Таким образом, характеристики лавинного транзистора напоминают характеристики тиристора или тиратрона. Интересно отметить, что в случае Iб > 0 "отрицательный участок" в принципе тоже возможен, но для этого требуется весьма критическое сочетание параметров.
Основным недостатком такого прибора является высокое коллекторное напряжение.
· Однопереходный транзистор (ОПТ) - это прибор с "отрицательным" сопротивлением, в котором ток нагрузки может возрастать даже при уменьшении Uвх. Если ОПТ находится во включенном состоянии, то выключить его можно, лишь размыкая цепь, либо снимая Uвх. На ОПТ реализуют различные источники запускающего напряжения. Можно подать Uсм < Uпор (точка включения), тогда при подаче большого Uзап (переменное или постоянное) происходит его включение. При этом вырабатывается выходной импульс или сигнал высокого напряжения, который сохраняется до разрыва цепи.
· Статистический индукционный транзистор (СИТ) представляет собой ПТ с управляющим p-n-переходом, который может работать как при обратном (режим ПТ), так и при прямом (режим БТ) смещении затвора. В отличии от БТ обратное напряжение, подаваемое на затвор транзистора, может достигать 30 В, что значительно ускоряет процесс рассасывания неосновных носителей, которые появляются в канале при прямом смещении затвора. СИТ, как и БТИЗ, имеет большую емкость затвора, перезаряд которой требует значительных токов управления. Достоинством СИТ по сравнению с БТ является повышенное быстродействие. Время включения практически не зависит от режима работы, время выключения зависит от соотношения токов стока и затвора. Специфической особенностью СИТ, затрудняющей его применение в качестве ключа, является его нормально открытое состояние при отсутствии управляющего тока. К достоинствам СИТ следует также отнести малое сопротивление канала в открытом состоянии, которое составляет 0,1 - 0,025 Ом.
Биполярные транзисторы с изолированным затвором (БТИЗ)
Их мы рассмотрим более подробно.
БТИЗ выполнены как сочетание входного униполярного (полевого) транзистора с изолированным затвором (ПТИЗ) и выходного биполярного n-p-n БТ. Имеется много различных способов создания таких приборов, однако наибольшее распространение получили приборы IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), в которых удачно сочетаются особенности полевых транзисторов с вертикальным каналом и дополнительного биполярного транзистора. Таким образом, БТИЗ имеет три внешних вывода: эмиттер, коллектор, затвор. Соединения эмиттера и стока (D), базы и истока (S) являются внутренними. Сочетание двух приборов в одной структуре позволило объединить достоинства полевых и биполярных транзисторов: высокое входное сопротивление с высокой токовой нагрузкой и малым сопротивлением во включенном состоянии.
рис.4. Один из вариантов токовой нагрузкой и малым сопротивлением структуры БТИЗ во включенном состоянии.
Структура БТИЗ
На схеме VT-полевой транзистор с изолированным затвором, VТ1 - биполярный транзистор, R1-последовательное сопротивление канала полевого транзистора, R2-сопротивление, шунтирующее переход база-эмиттер биполярного транзистора VТ1. Благодаря сопротивлению R2 биполярный транзистор заперт и не оказывает существенного влияния на работу полевого транзистора VT. Структура транзистора IGBT дополнена еще одним р-п-переходом, благодаря которому в схеме замещения появляется еще один р-п-р-транзистор VТ2. Образовавшаяся структура из двух транзисторов VT1 и VT2 имеет глубокую внутреннюю положительную обратную связь, т.к. ток коллектора транзистора VT2 влияет на ток базы транзистора VT1 а ток коллектора VT1 определяет ток базы транзистора VT2.
Рис.5. Схема замещения. ВАХ IGBT.
Принимая, что коэффициенты передачи тока эмиттера транзисторов VT1 и VT2 имеют значения б1 и б2 соответственно, найдем Iк2 = б2Iэ2, Iк1 = б1Iэ1 и Iэ = Iк1+ Iк2+Iс. Из последнего уравнения можно определить ток стока ПТ Iс = Iэ (1 - б1 - б2).
Поскольку ток стока Iс ПТИЗ можно найти через крутизну S и напряжение Uз на затворе Iс = SUз, определим ток IGBT-транзистора:
Iк = Iз = SkUз,
где Sk = S/ [1-] - эквивалентная крутизна БТ с изолированным затвором.
Условное схематическое изображение БТИЗ приведено на рис.6. Оно подчеркивает его гибридность тем, что изолированный затвор изображается как в ПТИЗ, а электроды коллектора и эмиттера - как у БТ.
рис.6. Условное графическое изображение БТИЗ.
Другим достоинством IGBT-транзисторов является значительное снижение последовательного сопротивления и, следовательно, снижение падения напряжения на замкнутом ключе. Последнее объясняется тем, что последовательное сопротивление канала R2 шунтируется двумя насыщенными транзисторами VT1 и VT2, включенными последовательно.
Область безопасной работы БТИЗ подобна ПТИЗ, т.е. в ней отсутствует участок вторичного пробоя, характерный для биполярных транзисторов. Поскольку в основу транзисторов типа IGBT с индуцированным каналом, то напряжение, подаваемое на затвор, должно быть больше порогового напряжения, имеющего значение 5ч6 В.
Быстродействие БТИЗ несколько ниже быстродействия ПТ, но значительно выше быстродействия БТ. Исследования показали, что для большинства транзисторов типа IGBT время включения и выключения не превышает 0,55ч1,0 мкс.
Силовые NPT IGBT транзисторы Microsemi с рабочим напряжением 650 В для промышленных применений
Корпорация Microsemi объявила о начале поставок нового семейства силовых 650-В биполярных транзисторов с изолированным планарным затвором (NPT IGBT) со значениями рабочего тока 45, 70 и 95 A.
Новые биполярные транзисторы могут работать в жестких условиях окружающей среды и предназначены для использования в таких силовых устройствах, как солнечные инверторы, сварочные аппараты и импульсные источники питания. Благодаря меньшему значению потерь по сравнению с ближайшими аналогами (приблизительно на 8%), NPT IGBT транзисторы Microsemi способны повысить КПД конечных решений.
Новые модели обеспечивают частоту коммутации до 150 кГц, но этот уровень может быть увеличен при использовании транзисторов совместно с ключевым элементом диодов Microsemi, выполненных по карбидокремниевой технологии. Все представители нового поколения 650-В NPT IGBT транзисторов Microsemi производятся по усовершенствованной технологии Power MOS 8. Технологический процесс позволяет снизить полное значение коммутационных потерь и обеспечивает возможность работы элементов при значительно более высокой частоте коммутации по сравнению с конкурирующими решениями.
Биполярные транзисторы с изолированным планарным затвором можно включить параллельно (они обладают положительным температурным коэффициентом Vcesat) для повышения надежности силовых устройств. Также нормировано время устойчивости к короткому замыканию, что обеспечивает надежную работу устройств в тяжелых промышленных условиях.
Влияние частоты на усилительные свойства биполярных транзисторов
Известно, что чем выше частота сигнала, поступающего на вход транзисторного каскада, тем меньше коэффициент усиления по току. Основной вклад в снижение усилительных свойств нужно отнести к барьерной ёмкости и отставанию переменных токов коллектора от эмиттера на время, необходимое для диффузии носителей заряда в области базы. Кроме того, ёмкости между корпусом и выводами транзистора пагубно влияют на усилительные свойства прибора.
Коллекторный переход транзистора обладает высоким сопротивлением. Повышение частоты приводит к снижению реактивной ёмкости коллекторного перехода, что приводит к его существенному шунтированию и ухудшению усилительных свойств каскада.
Носители заряда преодолевают область базы и рекомбинируют за небольшой конечный интервал времени, исчисляемый десятками наносекунд. Чем выше будет частота, тем существенней станет запаздывание носителей заряда. На постоянном токе сдвиг фаз между токами коллектора и эмиттера транзистора равен нулю, а полный ток базы минимален. На высокой частоте между переменными токами коллектора и эмиттера транзистора возникнет сдвиг фаз, которого не было на постоянном токе. При этом полный ток базы транзистора на высокой частоте много больше полного тока базы на низкой частоте и, тем более, на постоянном токе. Повышение тока базы для получения заданного фиксированного тока коллектора означает уменьшение коэффициента усиления транзистора по току.
Чтобы повысить граничную частоту усиления транзистора, необходимо выполнить область базы как можно меньшей толщины, повысить скорость прохождения через неё неосновных носителей зарядов, уменьшить ёмкость корпуса и выводов транзистора и прочее.
Влияние температуры на режимы работы биполярных транзисторов
Чтобы германиевый транзистор не вышел из строя, температура его кристалла должна быть меньше примерно 70°C, кремниевого транзистора - меньше 125 … 150°C, а арсенид-галлиевого транзистора - меньше 150 … 200°C. Введение легирующих добавок несколько корректирует максимально допустимую температуру кристалла, а некоторые специально сконструированные транзисторы выдерживают и более высокую температуру. Нагрев биполярных транзисторов вызывает увеличения проводимости области базы и обратного тока коллектора. При повышении температуры корпуса транзистора от 20°C до 60°C обратный ток коллектора обычно может возрасти до шести раз. Следовательно, флюктуации температуры оказывают очень существенное влияние на функционирование транзисторного каскада, вызывая значительные изменения режима его работы. Чтобы флюктуация температуры не привела, допустим, к возникновению автогенерации каскада, предназначенного для усиления, или другим вредным последствиям, необходимо применять цепи термостабилизации режимов работы транзисторов.
Вывод
В заключении, немного о будущем: исследователи ожидают, что в 2020 г. процесс миниатюризации остановится. Транзисторы достигнут такого размера, что уже не будут подчиняться законам классической физики, на которых построена работа всех современных вычислительных машин. Во всем мире сейчас проводятся исследования в области создания новой элементной базы для электроники. Наиболее перспективным принято считать: создание транзистора на основе органических соединений и на основе углеродных трубок. И если в создании отдельных транзисторов уже получены определенные обнадеживающие результаты, то перспективы создания микросхем на основе новой элементной базы выглядят более туманными. Поэтому принципы работы традиционных полупроводниковых приборов будут востребованы еще достаточно долгое время.
Список литературы
1. Книга "Электронные приборы", Г.Г. Червяков, С.Г. Прохоров, О.В. Шиндор, 2012г.
2. Книга "Электронная техника. Начало", Москатов Е. А, 2010 г.
3. Книга "Искусство схемотехники. Просто о сложном", Гаврило С.А., 2011г.
4. Журнал "Компоненты и технологии", статья 2013 г. http://www.kit-e.ru/news/icquest_30_07_13. php
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения. Кремниевые и германиевые транзисторы. Физические явления в транзисторах. Схемы включения и статические параметры. Влияние температуры на статистические характеристики, динамические параметры.
реферат [116,3 K], добавлен 05.08.2009Устройство плоскостного биполярного транзистора. Концентрация основных носителей заряда. Схемы включения биполярных транзисторов. Статические характеристики биполярных транзисторов. Простейший усилительный каскад. Режимы работы и область применения.
лекция [529,8 K], добавлен 19.11.2008Биполярные транзисторы с изолированным затвором (РТ) новой технологии (IGBT) против полевых МОП транзисторов. Улучшенные динамические характеристики. Рабочие частоты и токи. Положительный температурный коэффициент. Потери проводимости и переключения.
статья [176,9 K], добавлен 27.09.2009Технические характеристики и структура модуляционно-легированных полевых транзисторов и биполярных транзисторов на гетеропереходах. Технологии создания приборов, их преимущества и применение. Понятие явления резонансного туннелирования электронов.
реферат [522,2 K], добавлен 28.12.2013Физические основы полупроводниковых приборов. Принцип действия биполярных транзисторов, их статические характеристики, малосигнальные параметры, схемы включения. Полевые транзисторы с управляющим электронно-дырочным переходом и изолированным затвором.
контрольная работа [637,3 K], добавлен 13.02.2015Транзисторы– полупроводниковый прибор, пригодный для усиления мощности. Принцип действия n–p–n транзистора в режиме без нагрузки. Усиление каскада с помощью транзистора. Схемы включения транзисторов и работы с общим эмиттером и с общим коллектором.
реферат [63,2 K], добавлен 05.02.2009Устройство и принцип действия полевого транзистора. Статические характеристики. Полевые транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Простейший усилительный каскад. Расчет электрических цепей с полевыми транзисторами.
лекция [682,2 K], добавлен 19.11.2008Создание полупроводниковых приборов для силовой электроники. Транзисторы с изолированным затвором. Схемы включения полевых транзисторов. Силовые запираемые тиристоры. Устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом. Назначение защитной цепи.
реферат [280,5 K], добавлен 03.02.2011Биполярные и полевые транзисторы в дискретном или интегральном исполнении как основа современных усилителей. Классы усиления усилительных каскадов. Метод расчета схем с нелинейным элементом. Схема с фиксированным напряжением базы. Методы стабилизации.
лекция [605,0 K], добавлен 15.03.2009История открытия, классификация транзисторов по структуре (биполярные, полевые, однопереходные и криогенные), мощности, исполнению, материалу (пластик, полимеры). Особенности металлических и полимерных транзисторов и их сравнительная характеристика.
презентация [592,4 K], добавлен 06.03.2015Классификация биполярных транзисторов по типу рабочего материала и механизму передачи тока в структуре. Технологические разновидности БТ. Основные свойства сплавных и планарных транзисторов. Ширина диапазона рабочих частот БТ. Способы повышения усиления.
контрольная работа [2,3 M], добавлен 15.01.2011Конструкции полевых транзисторов с управляющим р-п переходом. Стоко-затворная и стоковая (выходная) характеристики, параметры и принцип действия транзисторов. Структура транзисторов с изолированным затвором. Полупроводниковые приборы с зарядовой связью.
реферат [822,3 K], добавлен 21.08.2015Применение мощных полевых транзисторов с изолированным затвором (МДП-транзисторы) в выходных каскадах усилителей мощности. Моделирование схемы усилителя НЧ на МДП-транзисторах в программе Multisim 8. Линейные и фазовые искажения, коэффициент гармоник.
дипломная работа [3,5 M], добавлен 30.04.2010Применение полевых транзисторов в усилителях. Виды полевых транзисторов (с управляющим переходом и с изолированным затвором). Преимущества и недостатки полевых транзисторов. Строение полевого транзистора с изолированным затвором со встроенным каналом.
курсовая работа [867,1 K], добавлен 09.05.2014Транзистор как электронный полупроводниковый усилительный прибор, предназначенный для усиления сигналов. Знакомство с особенностями и сферами применения полевых и биполярных транзисторов. Общая характеристика схем включения биполярного транзистора.
реферат [1,5 M], добавлен 21.05.2016Биполярные и полевые СВЧ-транзисторы. Баллистические и аналоговые транзисторы. Сравнительная таблица основных свойств полупроводникового материала 4H-SiC с Si и GaAs. Алмаз как материал для СВЧ-приборов. Приборы на основе квантово-размерных эффектов.
курсовая работа [2,9 M], добавлен 22.08.2015Расчет некорректированного каскада с общим эмиттером. Расчет каскада с высокочастотной индуктивной коррекцией. Расчет каскада с эмиттерной коррекцией. Коррекция искажений вносимых входной цепью. Согласованные каскады с обратными связями.
учебное пособие [773,6 K], добавлен 19.11.2003Сокращение времени переноса носителей через базу. Баллистические и аналоговые транзисторы. Горбообразные барьеры эмиттера и коллектора. Транзисторы с металлической базой. Приборы на квантово-размерных эффектах. Инерционность процесса туннелирования.
реферат [865,2 K], добавлен 21.08.2015Конструктивные особенности и параметры полупроводниковых приборов для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Классификация диодов, транзисторов, тиристоров по основному рабочему материалу, принципу действия, частоте и мощности.
презентация [1,7 M], добавлен 03.05.2011Использование биполярных транзисторов в импульсных источниках электропитания. Линейная область работы транзистора. Коммутационные процессы в транзисторе, определяющие динамические потери при его переключении. Метод симметрирования токов транзисторов.
контрольная работа [219,1 K], добавлен 30.08.2010
