Кремниевых выпрямительных

Теперь необходимо рассчитать мощность, рассеиваемую на транзисторе Г2- Как следует из рисунка 3.13, напряжение на транзисторе Т\г frei2 — ^кэп + ЧБЭц + t/B3i2 • Параллельно коллекторному переходу транзистора Т\\, как это видно из структурной схемы, включен то-костабилизирующий двухполюсник ТД, построенный на маломощном транзисторе Тг ( 3.14). Транзистор Т? включен по схеме с общей базой. Напряжение на его эмиттере стабилизировано кремниевыми диодами. С помощью резистора /?э устанавливают нужное значение коллекторного тока и стабилизируют его. Очевидно, напряжение на ТД не может быть меньше 2—2,5 В. Принято UКБ п = 2,5 В. Составной транзистор будет построен на кремниевых транзисторах, поэтому принято: (УКБП = = 1,0 В; 1/Бэ= 1,5 В. Тогда минимальное значение t/кэ и=5 В, которое

Для большинства усилителей, выполненных на кремниевых транзисторах, основной фактор влияния на А/ко определяется приращением ДС/6эо = е(ДТ' (е, ТКН (3 мВ/град), А Г рабочий температурный

Для повышения стабильности работы усилительного каскада иногда используют термокомпенсацию. Принципиальная схема одного из таких каскадов ОЭ приведена на 3.12. Здесь в цепь базы транзистора включен прямосмещенный диод, ТКН которого равен ТКН эмиттерного перехода транзистора. При изменении температуры напряжение ?/6эо и напряжение на диоде будут меняться одинаково, в результате чего ток /бо останется постоянным. Применение этого метода эффективно в каскадах на кремниевых транзисторах, где, как указывалось выше, основную нестабильность порождает A(/630-В ИМС диод заменяется транзистором, включенным по схеме 2.28, б или в. При этом реализуется наилучшая термокомпенсация, поскольку оба транзистора выполняются на одном кристалле кремния в едином технологическом цикле и, естественно,

В цифровой технике часто встречается случай управления ключами на кремниевых транзисторах, выполненных по интегральной технологии с помощью положительного однополярного импульса. Тогда в (5.9), (5.11), (5.12) следует принять Ег — О,

В кремниевых транзисторах током /Кбо, как правило, можно, пренебречь ввиду его малости даже при весьма высокой температуре. Коэффициент передачи тока с ростом температуры возрастает. Коэффициент /г21Э увеличивается в два-три раза у кремниевых транзисторов в интервале температур от —60 до +150° С, а у германиевых — в интервале температур от —60 до 4-70° С,

В этом выражении коэффициент передачи по току изменяется от транзистора к транзистору и даже для транзисторов одного типа это изменение может достигать 2—5. При изменении температуры изменяется и коэффициент усиления по току: растет на (0,3—0,5) % при увеличении температуры на 1 °С. Значительно изменяется и ток /К0. Для германиевых транзисторов он весьма велик и даже для маломощных транзисторов составляет несколько микроампер при комнатной температуре. В современных кремниевых транзисторах величина его на несколько порядков меньше и имеет величину несколько наноампер. Обратный ток весьма сильно зависит от окружающей температуры. Он удваивается при росте температуры на каждые 10 °С.

стемы телемеханики строятся на кремниевых транзисторах или на интегральных микросхемах. Все более широкое применение получают микропроцессоры.

Практически а* > 1 только в германиевых транзисторах с высокоомной коллекторной областью. В кремниевых транзисторах а* « 1, так как обратный ток через кремниевый р-п-переход обусловлен в основном тепловой генерацией носителей в самом р-л-переходе, а не экстракцией неосновных носителей заряда.

На статические характеристики транзистора сильно влияет повышение температуры переходов, которое может быть вызвано повышением температуры окружающей среды, а также внутренним нагревом, обусловленным протеканием токов через транзистор. С повышением температуры переходов в германиевых трайзисто-рах увеличивается обратный ток коллектора. В большей степени повышение температуры сказывается при включении транзистора по схеме ОЭ, вследствие большей величины тока /K3c- Увеличение обратного тока коллектора приводит к возрастанию полного тока коллектора [см. формулы (4.17) и (4.12а)] и к смещению всего семейства выходных характеристик в область больших токов. В кремниевых транзисторах вплоть до ^=100°С токи /ибо и /КЭо можно не учитывать.

а) изменяется обратный ток коллекторного перехода /Кбо, в германиевых транзисторах с увеличением температуры удваиваясь примерно на каждые 10° С; в кремниевых транзисторах ток /Кбо можно не учитывать, так как он очень мал, однако в этих транзисторах большую роль играют токи утечки коллекторного перехода и термогенерации;

Влияние отдельных слагаемых на A/K(s=i) в усилителях на германиевых транзисторах приблизительно одинаковое. В кремниевых транзисторах основную роль играет изменение напряжения на эмиттерном переходе AUae=
Выпрямительными (силовыми) диодами обычно называют диоды, предназначенные для преобразования переменного напряжения источников питания в постоянное. Пробивные напряжения кремниевых выпрямительных диодов могут достигать 1,5—2 кВ, а падение напряжения на диоде при протекании прямого тока обычно не превышает 1,5 В. Выпрямительные диоды обычно подразделяются на диоды малой, средней и большой мощности, рассчитанные на выпрямленный ток до 0,3 А, от 0,3 до 10 и свыше 10 соответственно.

По типу применяемого материала выпрямительные диоды подразделяют на германиевые и кремниевые. Наибольшее распространение получили кремниевые диоды как в дискретном, так и в интегральном исполнении. В кремниевых выпрямительных диодах обратные токи на несколько порядков меньше (см.§ 2.5), а допустимые обратные напряжения Uo6 существенно выше, чем в германиевых (у кремниевых диодов до 2000 В, у германиевых до 400 В).

PMC. 17. Конструкция кремниевых выпрямительных диодов: а — сплавного; б — диффузионного

Помимо метода вплавления для производства кремниевых, выпрямительных диодов применяется также метод диффузии. Между пластинами кремния с разными типами электропроводности помещают алюминиевую фольгу и нагревают. При этом: алюминий сплавляется с кремнием, образуя р—п-переход ( 17, б). Промышленность выпускает диффузионные диоды малой ' и средней мощности: Д229; КДЮ4; КДЮ5; КДЮ9; КД204— КД209 и др.

С 1948 г., т. е. со времени создания американскими учеными Дж. Бардином, В. Браттейном и В. Шокли точечного транзистора, начался новый этап развития полупроводниковой электроники. В 50-х годах были разработаны различные типы биполярных транзисторов, тиристоров, мощных германиевых и кремниевых выпрямительных диодов, фотодиодов, фототранзисторов, кремниевых фотоэлементов, туннельных диодов и др.

При производстве первых выпрямительных плоскостных диодов (50-е годы нашего века) в качестве исходного полупроводникового материала использовали германий, технология получения и очистки монокристаллов которого к этому времени была уже освоена. Значительно позже было налажено производство кремниевых выпрямительных плоскостных диодов. В связи с существенными преимуществами кремниевых выпрямительных плоскостных диодов они практически целиком вытеснили германиевые выпрямительные плоскостные диоды из массового производства. В последние годы налажен выпуск выпрямительных плоскостных диодов из арсенида галлия.

Технология изготовления и конструкция. Большинство из разнообразных типов кремниевых выпрямительных плоскостных диодов с технологической точки зрения являются диффузионными. Электронно-дырочные переходы таких диодов формируют диффузией алюминия или бора в кристаллы кремния с электропроводностью и-типа и диффузией фосфора в кристаллы кремния с электропроводностью р-типа. В выпрямительных диодах старых разработок для формирования р-п-переходов используют вплавление алюминия в кристаллы кремния с электропроводностью n-типа, а в кристаллы кремния /7-типа — вплавление сплава олова с Рис- 3-37- Структура лавин-

Для преобразования переменного тока в постоянный в схемах с напряжением, превышающим максимально допустимое обратное напряжение отдельного диода, промышленностью выпускаются выпрямительные столбы. Выпрямительный полупроводниковый столб — это совокупность выпрямительных полупроводниковых диодов, соединенных последовательно и собранных в единую конструкцию, имеющую два вывода. Максимально допустимое обратное напряжение кремниевых выпрямительных столбов составляет несколько киловольт.

Диапазон рабочих температур для кремниевых выпрямительных диодов ограничен значениями —60... + 125°С. Нижний предел рабочих температур обусловлен различием температурных коэффициентов линейного расширения различных элементов конструкции диода: при низких температурах возникают механические напряжения, которые могут привести к растрескиванию полупроводникового кристалла. При необходимости этот предел рабочих температур может быть существенно уменьшен, т. е. сдвинут в область более низких температур. Принципиальное ограничение при этом может быть связано с энергией ионизации примесей в различных областях диодной структуры. Но энергия ионизации примесей в кремнии, которые обеспечивают электропроводность р- и n-типов, мала. Поэтому уже при температуре в несколько десятков кельвин все акцепторы и доноры оказываются ионизированными. С уменьшением температуры необходимо учитывать также увеличение прямого напряжения на диоде, которое происходит из-за увеличения высоты потенциального барьера на р-/г-переходе.

го тока диода и максимально допустимой плотностью прямого тока, которая для германиевых р-л-переходов равна 100 А/см2. Электрические свойства. ВАХ одного из германиевых плоскостных диодов при разных температурах окружающей среды приведены на 3.41. Основные отличия ВАХ и параметров германиевых и кремниевых выпрямительных плоскостных диодов заключаются в следующем.

Все перечисленные особенности германиевых и кремниевых выпрямительных диодов в итоге связаны с различием ширины за-