Транзисторов транзисторы

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных р-п переходов. Различают плоскостные и точечные биполярные транзисторы. Переходы в точечных биполярных транзисторах имеют малую площадь и аналогичны по конструкции переходам в точечных диодах. Такие транзисторы не получили существенного распространения.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа п-р-п ( 10.14) и типа р-п-р. На 10.15, а и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

6.1. Структура транзисторов

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных р-п переходов. Различают плоскостные и точечные биполярные транзисторы. Переходы в точечных биполярных транзисторах имеют малую площадь и аналогичны по конструкции переходам в точечных диодах. Такие транзисторы не получили существенного распространения.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа п-р-п ( 10.14) и типа р-п-р. На 10.15, 0 и б даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных р-п переходов. Различают плоскостные и точечные биполярные транзисторы. Переходы в точечных биполярных транзисторах имеют малую площадь и аналогичны по конструкции переходам в точечных диодах. Такие транзисторы не получили существенного распространения.

Плоскостной биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру типа п-р-п ( 10.14) и типа р-п-р. На 10.15, а кб даны условные изображения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).

§ 2.4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

Для того чтобы управлять током в полупроводнике с помощью электрического поля, нужно менять либо площадь проводящего полупроводникового слоя, либо его удельную проводимость. В полевых транзисторах используют оба способа и соответственно различают две разновидности полевых транзисторов: транзистор с управляющим р-п переходом и МДП-транзистор (структура металл — диэлектрик — полупроводник).

Unop = 2,0 В, то логический перепад (разность между входным и пороговым напряжениями) составляет 4 В. Логические уровни соответствуют выходным напряжениям открытого и закрытого транзисторов. Если на оба входа подать напряжение меньше порогового (соответствующее логическому нулю), то транзисторы T! и Т2 окажутся закрытыми, а ток стока — практически равным нулю. При этом ток стока нагрузочного транзистора Тк тоже будет равен нулю. Поэтому на выходе установится напряжение, близкое к напряжению источника питания ?с и соответствующее логической 1.

МОП-транзисторная логика на комплементарных транзисторах (КМОП). Схема строится на комплементарных МОП-транзисторах. В качестве логических используются два транзистора, один из которых с n-каналом, а другой — с р-каналом. Логические ИМС на их основе являются наиболее перспективными. Мощность, потребляемая ими в статическом режиме, составляет десятки нановатт, быстродействие около 10 МГц, они обладают большим логическим перепадом. Однако технология изготовления транзисторов с р- и «-каналами на одном кристалле сложна и трудоемка.

Транзисторы классифицируются по допустимой мощности рассеивания и по частоте. В соответствии с принятой классификацией транзисторы по величине мощности, рассеиваемой коллектором, делятся на-транзисторы малой (Р„ ^ 3000 мВт), средней (Рк < ^ 1,5 Вт) и большой (Рк > 1,5 Вт) мощности. По значению предельной частоты, на которой могут работать транзисторы, их делят на низкочастотные «3 МГц), среднечастотные «30 МГц), высокочастотные « 300 МГц) и сверхвысокочастотные.(> 300 МГц). Низкочастотные маломощные транзисторы обычно изготавливают методом сплавления, поэтому их называют сплавными. Так как при изготовлении низкочастотных сплавных транзисторов обычно используют равномерно легированный исходный материал, то при малых токах электрическое поле в области базы таких транзисторов отсутствует и по механизму движения носителей они относятся к бездрейфовым.

- Основным методом изготовления высокочастотных транзисторов является диффузия примесей,и такие транзисторы поэтому часто называют диффузионными. При диффузии примеси в базе распределяются неравномерно, там создается электрическое поле. Следовательно, по механизму движения носителей диффузионные транзисторы могут относиться к дрейфовым.

Повысить быстродействие ТТЛ-схем можно, применив в схеме базового элемента (см. 5.18) вместо обычных транзисторов транзисторы Шотки (см. 5.6), работающие в активном режиме. Тем самым сокращается время переключения транзисторов схемы за счет исключения времени рассасывания носителей заряда в базе транзистора при их запирании. Логические ИМС, выполненные на базе транзисторов Шотки, называются микросхемами ТТЛШ.

Эксплуатационные параметры транзисторов. Транзисторы характеризуются эксплуатационными параметрами, предельные значения которых указывают на возможности их практического применения. При работе в качестве усилительных приборов используются рабочие области характеристик биполярных и полевых транзисторов, показанные на 16.23 и 16.24 соответственно.

Тип входных транзисторов ДК оказывает существенное влияние на параметры ОУ, что привело к разделению ОУ на две группы: биполярные ОУ и ОУ с полевыми транзисторами на входе. Биполярные ОУ имеют высокую стабильность входного напряжения смещения, но сравнительно большие входные токи смещения и небольшое входное сопротивление, даже если используются супербета-транзисторы или пары Дарлингтона (составные транзисторы). Усилители с ДК на полевых транзисторах с управляемыми р-п переходами на входе, обеспечивающие незначительные входные токи и очень большое входное сопротивление, получили более широкое распространение, хотя не обладают высокой стабильностью напряжения смещения [20].

Полевые транзисторы с изолированным затвором на входе ОУ применяются редко из-за невысокой температурной и временной стабильности их напряжения отсечки и сложной защиты затворов МДП. транзисторов от электрического пробоя.

Схемы некоторых ДК, которые находят применение в интегральных ОУ, изображены на 7.11. Сравнивая схемы ДК современных ОУ с базовой схемой ДК (см. 6.6), легко установить их существенное отличие, которое заключается в том, что ДК интегральных ОУ, как правило, выполняются по сложным составным схемам с динамическими нагрузками и различными ОС. Все это подчинено одной цели — улучшению их основных параметров [18]. Дифференциальный каскад на биполярных транзисторах (см, 7.11, и) отличается от входного каскада ОУ типа 140УД6 тем, что в нем отсутствует согласующий эмиттерный повторитель, который имеется в ДК (см. 7.11,6). Он выполнен на транзисторе VT9 и резисторе R$. Сигнал подается на базы входных транзисторов VT1 и VT2, нагрузкой которых являются транзисторы VT3 и VT4, включенные по схеме с ОБ. В свою очередь, нагрузкой транзисторов VT3 и VT4 служат транзисторы VT5 и VT6. Транзистор VT5 включен в качестве диода и обеспечивает режим питания по постоянному току транзистору УТ6, который образует несимметричный выход ДК. Транзисторы VT7—VT9 составляют систему источников тока (ГСТ) для питания транзисторов ДК.

На 7.11, б показан ДК с супербета-транзисторами на входе. Эти транзисторы охвачены следящей ОС с помощью транзисторов VT3, VT4, которые поддерживают постоянным напряжение коллектор— эмиттер входных транзисторов. Транзисторы VT1—VT4 образуют ДК на составных транзисторах. Транзисторы VTS, КГбвключе-

Биполярные транзисторы изготавливаются в дискретном исполнении и в качестве компонентов и элементов интегральных микросхем (ИС). В последнем случае предусматриваются конструктивно-технологические меры электрической изоляции транзисторов и других элементов ИС друг от друга.

Относительная доля выпуска транзисторов в дискретном исполнении постоянно сокращается. Прежде всего это касается маломощных транзисторов. Мощные транзисторы в силу ряда причин поддаются интегрализации с большим трудом. Тем не менее уже выпускаются мощные составные транзисторы (транзисторы Дарлингтона, или транзисторы с предусилением), содержащие на одном кристалле два (или более) «элементарных» транзистора. С точки зрения изготовителя такой составной транзистор, который к тому же может иметь дополнительные интегральные элементы защиты — резисторы и диоды, является ИС малой степени интеграции. Однако такой составной транзистор характеризуется системой параметров, применяемой для одиночных транзисторов, и с точки зрения потребителя почти не «проявляет» своей сложной структуры (за исключением высокого коэффициента передачи тока базы, превосходящего 102—103).

МДП-транзисторы с каналами, тип проводимости которых совпадает с типом проводимости активных транзисторов 77 и Т2 ( 5.15, б), или с каналами дополняющих типов проводимости ( 5.15, в). В схемах на дискретных элементах наиболее часто применяются триггеры с нелинейными резисторами в стоковых цепях.