Транзисторная структура

щиты, в частности, будут внедряться в комплектные распределительные устройства (КРУ) 6—10 кВ. Они выполняются в виде модулей транзисторных устройств, каждый из которых соответствует определенному виду защиты. Выпускаются и отдельные полупроводниковые элементы защиты (например, выходные тиристорные устройства, заменяющие промежуточные реле).

где Е — напряжение источника питания. У транзисторных устройств Ки == « 0,9 Ч- 0,95, у ламповых Кя =• 0,6 -5- 0,7, т. е. использование напряжения питания в ламповых схемах несколько хуже.

Необходимо отметить, что широкое внедрение микропроцессоров не связано с прекращением выпуска и применения элементной базы более ранних поколений. В народном хозяйстве всегда будет существовать широкое многообразие задач, которые невозможно или нерационально решать путем применения одних микропроцессоров. Во многих случаях для решения простых задач не требуются микропроцессоры и более эффективно эти задачи могут быть решены с применением интегральных микросхем меньшей интеграции. Потребность в транзисторах, диодах, конденсаторах и сопротивлениях всегда сохранится, так как микросхемы из-за низкого их рабочего напряжения недопустимо подключать непосредственно к линии связи и многим другим устройствам. Кроме того, они имеют малую выходную мощность. Многие более эффективные решения реализуются путем применения транзисторных устройств. Аналогично применение интегральных микросхем не привело к уменьшению выпуска электронных ламп, транзисторов и диодов.

где Е — напряжение источника питания. У транзисторных устройств Кя = 0,9-т- 0,95, у ламповых /Си = 0,6ч- 0,7, т. е. использование питающего напряжения в ламповых схемах несколько хуже.

Величины сопротивлений резисторов в электрических цепях РЭА составляют от единиц омов (дополнительные сопротивления в колебательных контурах, шунты, делители напряжений и т. п.) до нескольких мегомов (в цепях сеток электронных ламп, в усилителях постоянного тока и т. п.). В электрических цепях транзисторных устройств чаще всего применяют резисторы с сопротивлениями от нескольких сотен омов (цепи эмиттеров и баз) до нескольких тысяч омов (в коллекторных и эмиттерных цепях).

Производственные разбросы величины сопротивления на ±10% допустимы для резисторов, использующихся в цепях экранных сеток, в эмиттерных цепях и в цепях базы транзисторных устройств. В цепях смещения (катодные смещения) и в делителях напряже-

Трансформаторы согласования широко используются в различных усилительных и измерительных устройствах, в тех случаях, когда без них не удается получить желаемые технико-экономические характеристики. Чаще всего трансформаторы согласования применяются в выходных каскадах усилителей низкой частоты, связывая выходную цепь последнего усилительного каскада с внешней нагрузкой, а в ряде случаев симметрируя при этом выходную цепь. Для межкаскадной связи трансформаторы согласования применяют тогда, когда требуется большая амплитуда тока сигнала выходной цепи оконечного каскада. В этом случае использования трансформатора согласования позволяет на порядок повысить усиление мощности сигнала, использовать транзистор в предоконеч-ном каскаде меньшей мощности и снизить расход энергии питания. Межкаскадный трансформатор необходим и при работе на транзистор с общей базой, так как резисторный каскад в этом случае не дает усиления. Данный вид трансформаторов применяется во входных цепях, когда источником сигнала являются датчики напряжения с очень низкими выходными сопротивлениями. При необходимости симметрирования входной или выходной цепи устройства иногда выгоднее воспользоваться согласующим трансформатором, чем специальными схемами с применением транзисторов. Для транзисторных устройств необходимы малогабаритные согласующие трансформаторы. Следует иметь в виду, что иногда при использовании дополнительных схемных элементов с транзисторами, исполняющими функции трансформатора согласования, можно разработать блок с меньшим объемом и весом. Кроме того, трансформаторы согласования предназначаются для преобразования тока или напряжения электрического сигнала, имеющего спектр звуковых или ультразвуковых частот.

Развитие теории и техники за последние годы, появление новых принципов усиления сигналов, создание полупроводниковой техники потребовали пересмотра принципов анализа и расчёта усилительных схем с целью разработки единой методики исследования и расчёта ламповых и транзисторных устройств. В курс введё» ряд новых вопросов, например стабилизация режима транзисторных каскадов, взаимная коррекция каскадов усиления гармонических сигналов, корректирование времени установления в импульсных усилителях и др.

Проведение лабораторных работ по испытанию модульных транзисторных устройств защиты и автоматики предполагает знание учащимися основных схем на транзисторных элементах (логических, функциональных, времени, усиления). Ввиду ограниченности времени, отводимого на выполнение учебных лабораторных работ, ни-17* 259

Для транзисторных устройств требуются напряжения, в несколько 1.7. Время работы двух галетных раз превышающие напря-батарей из элементов Лекланше разного получаемое ОТ ОД-

Миниатюризация и повышение надежности транзисторных устройств явились большим шагом вперед на пути совершенствования изделий электронной техники. Но вот, в 1959 г. Дж. Килби и Р. Нойс независимо друг от друга подали заявки на изобретения*, согласно которым на одном кристалле кремния строилась целая электронная схема. Сейчас такие схемы называют интегральными. ИС способствовали появлению множества таких новых приборов, изготовить которые на базе отдельных навесных элементов и транзисторов, а тем более ламп, было попросту невозможно. Был сделан еще один шаг вперед на пути миниатюризации электронных схем. Появились электронные наручные часы. Калькуляторы стали уже не настольного, а карманного исполнения. Использование кварцевых резонаторов в электронных наручных часах позволило не только увеличить точность отсчета времени, но и реализовать новые функции, которых раньше не было в механических наручных часах. Электронные часы имеют цифровую индикацию и режим останова времени, могут работать в качестве будильника и осуществлять одновременную регистрацию времени для различных часовых поясов, выполнять функции простейшего калькулятора.

Интегральная транзисторная структура характерй-

Дальнейшее усовершенствование структуры ИМС шло по пути использования эпитаксиальных пленок. Одним из технологических методов, близких по технической сущности к методу тройной диффузии, является метод двойной диффузии. Метод базируется на диффузии из скрытого сильнолегированного слоя в процессе наращивания эпитаксиальной пленки. Диффузией из скрытого слоя формируется изолированная область, аналогичная полученной по методу тройной диффузии. На 3.4 показана транзисторная структура на различных этапах ТП. Данный метод изоляции позволяет устранить ряд недостатков транзисторной структуры, выполненной по методу тройной диффузии, обусловленных высоким сопротивлением коллекторной области.

Если ток через диод достаточно мал, то падение напряжения определяется идеализированными характеристиками переходов, при больших токах существенную роль играют также последовательные объемные сопротивления соответствующих областей. Наименьшее падение напряжения при одинаковых значениях тока наблюдается для варианта /. Это объясняется тем, что диод в этом случае работает как транзистор с замкнутым коллекторным переходом. Электроны, инжектируемые эмиттером, перемещаются через базу, достигают коллекторного перехода и свободно попадают в коллектор. Поэтому основная часть входного тока проходит через коллектор, и падение напряжения на сопротивлении базы будет значительно меньше, чем в других диодных структурах. В варианте V транзисторная структура находится в инверсном включении; так как инверсный коэффициент передачи тока мал, то базовый ток, протекающий через такую структуру, будет большим, что в свою очередь вызовет значительное падение напряжения на диоде.

Если хотя бы на один из входов подан низкий потенциал, то соответствующий эмиттерный переход МЭТ смещается в прямом направлении. Резко возрастает эмиттерный ток, соответствующая транзисторная структура МЭТ работает в активном режиме. Поэтому в цепи коллектора МЭТ возникает прямо направленный ток IkN- Это приводит к быстрому закрыванию транзистора V. На выходе схемы возникает высокий потенциал (логическая «1»).

В основе конструкций ИМС лежит транзисторная структура, все активные и пассивные элементы реализуются с ее помощью. Базовыми элементами являются биполярные и МДП-транзисторы.

ров, когда общим является эмиттер, п-р-п транзистор с вертикальной инжекцией носителей (горизонтальная транзисторная структура) и р-п-р транзистор с горизонтальной инжекцией носителей (вертикальная транзисторная структура), п-р-п и р-п-р транзисторы (оба с вертикальной инжекцией носителей), когда последний реализуется на подложке.

На 7.3 приведена упрощенная схема изготовления такого транзистора. Заготовку кристалла полупроводника с проводимостью типа п ( 7.3, а) нагревают в парах акцепторной примеси, в результате чего происходит диффузия этой примеси в поверхностные слои полупроводника ( 7.3, б). Затем таким же способом производят диффузию донорнои примеси ( 7.3, в). После удаления лишних диффузионных слоев образуется транзисторная структура типа прп ( 7.3, г).

а — пластина кремния с эпитаксиальным слоем и окисной пленкой, вскрыт9й для изолирующей диффузии; б — пластина кремния после изолирующей диффузий; в — транзисторная структура после диффузии базы, эмиттера и металлизации

В зависимости от требований, предъявляемых к диоду в интегральной схеме, выбирается та или иная транзисторная структура. Например, при включении транзистора по схеме 9.6, а, б используется переход эмиттер — база. При таком включении носители зарядов накапливаются в базе. Поскольку толщина базы очень мала (менее 20 мкм), процесс разряда емкости р-п перехода будет быстрым, что позволяет получить наибольшее быстродействие. В этих же схемах диоды имеют наименьшее значение обратного тока, так как в них используется только эмиттерный переход, площадь и ширина которого наименьшие. Наибольшее значение обратного тока имеет диод, включенный по схеме 9.6, в, так как в этом случае оба перехода включены параллельно. Емкость такого диода увеличивается, быстродействие снижается.

Заметим, что выбранный размер локальной области подложки внутри которой формируется транзисторная структура, позволяет устанавливать различные соотношения между размерами и конфигурациями эмиттера, базы и коллектора, а также между их выводами. В частности, можно предусмотреть такую площадь эмиттера, которая обеспечивала бы протекание через транзисторную структуру заданного тока. Если при этом требуется увеличение площади эмиттерной области, то его целесообразнее проводить за счет удлинения эмиттерного прямоугольника. Размеры эмиттерной области при проектировании интегрального транзистора являются основными ограничивающими факторами.

канала резистора (р-области, свободной от объемного заряда); /?2 — сопротивление токам утечки л-области; R3 — омическое сопротивление 'Контактов; ^ — сопротивление токам утечки подложки; С] —емкость верхнего р-п-перехода 2; С2 — емкость нижнего р-я-перехода /; р-п-р — распределенная транзисторная структура Т с малым коэффициентом передачи тока. Из анализа эквивалент-