Скачать презентацию Электротехника и электроника Часть 2 Электроника Полупроводниковые приборы Скачать презентацию Электротехника и электроника Часть 2 Электроника Полупроводниковые приборы

E&E_lectures-part2.3(ППП)1.ppt

  • Количество слайдов: 78

“Электротехника и электроника Часть 2. Электроника. Полупроводниковые приборы (ППП) q q q q Системы “Электротехника и электроника Часть 2. Электроника. Полупроводниковые приборы (ППП) q q q q Системы обозначений ППП на однородных полупроводниках ППП с одним p n переходм Биполярные транзисторы Тиристоры Полевые транзисторы Применение полевых транзисторов Силовые транзисторы

2 Полупроводниковые приборы Системы обозначений ППП Обозначения могут быть трех видов: Условные графические обозначения 2 Полупроводниковые приборы Системы обозначений ППП Обозначения могут быть трех видов: Условные графические обозначения (на принципиальных электрических схемах) Обозначение типа элемента (в спецификациях, на схемах и на корпусах) Маркировка (что наносится на элемент: обозначение, логотип, дата изготовления и проч. ) Единая система обозначений отсутствует. Она изменялась со временем. Для разных электронных приборов – разные системы. На сегодня в РФ используется единая система для таких ППП широкого применения, как приборы с р n переходами, полевыми транзисторами, ИС и частично – оптоэлектронных приборов. Состоит из 4 х элементов: 1. Полупроводниковый материал 2. Тип прибора 3. Группа по основным параметрам 4. Группа техноло гического разброса 1 й элемент: Г или 1 германий, ΔЕ=0. 6 1 э. В; К или 2 – кремний, ΔЕ=1 1. 3 э. В; 3 или А – соединения галлия, Ga. As (арсенид галлия), ΔЕ>1. 3 э. В, 4 или И – соединения индия (антимонид индия). Цифра – военная приемка (расширенный температурный диапазон работы, повышенная надежность). За рубежом – commercial / idusrtrial 2 й элемент: Д – диоды, Т – биполярные транзисторы и т. д. 3 й элемент: 3 или 4 цифры. Значение зависит от 2 го элемента (№ разработки /параметр) 4 й элемент: одна или несколько букв. Первая – группа разброса по одному или нескольким параметрам 5 й элемент – тип корпуса прибора (например, М – металлический корпус, если есть модификация с пластмассовым, или стекло, керамика, пластик). 4 и 5 й элементы могут отсутствовать Для бескорпусных приборов через дефис вводится цифра конструктивного исполнения, 1 / 2 с гибкими выводами без кристаллодержателя (подложки) / на кристаллодержателе (подложке); 3 / 4 с жесткими выводами без кристаллодержателя (подложки) / на кристаллодержателе (подложке); 5 / 6 с контактными площадками без выводов без клисталлодержателя (подложки) / на кристаллодержателе (подложке); Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Зарубежные системы обозначений JEDEC принята объединенным техническим советом по электронным приборам США Полупроводниковые приборы Зарубежные системы обозначений JEDEC принята объединенным техническим советом по электронным приборам США Pro Electron используется в Европе, по которой обозначения полупроводниковым приборам присваиваются организацией Association International Pro Electron JIS C 7012 стандарт, принятый ассоциацией EIAJ Electronic Industries Association of Japan Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 3

Полупроводниковые приборы 4 ППП на однородных полупроводниках. Терморезисторы Датчики Холла. Основаны на эффекте Холла. Полупроводниковые приборы 4 ППП на однородных полупроводниках. Терморезисторы Датчики Холла. Основаны на эффекте Холла. Используются в автоматике как бесконтактные коммутаторы, в клавиатуре, в счетчиках электроэнергии, в измерительной аппаратуре. Тензодатчики. Основаны на изменении величины сопротивления под воздействием изменения величины потенциального барьера р п перехода при сжатии или растяжении. Используются для измерения малых усилий и деформаций, например, в датчиках давления Элементы Пельте. Микроохладители на их основе применяют в медицине, в оптоэлектронике, научных исследованиях, в том числе космических Диоды Ганна. Связная приемо передающая аппаратура, космическая связь, ВПК Пироэлектрические приемники – ИК датчики приближения Варисторы (vari(able) (resi)stor ) приборы, электрическое сопротивление которых нелинейно зависит от приложенного напряжения из за локального нагрева соприкасающихся граней многочисленных кристаллов карбида кремния (или иного полупроводника). При локальном повышении температуры на границах кристаллов сопротивление последних существенно снижается, что приводит к уменьшению общего сопротивления варисторов. Применяются для стабилизации и регулирования низкочастотных токов и напряжений до частот 500 к. Гц и в цепях защиты от перенапряжений, в том числе в блоках питания ПК. Они способны выдерживать значительные электрические перегрузки. Основными параметрами варисторов являются: коэффициент нелинейности λ - один из основных параметров варистора равный отношению его статического сопротивления R к динамическому сопротивлению Rd, и лежащий в пределах 2 10 у варисторов на основе Si. C и 20 100 у варисторов на основе Zn. O. температурный коэффициент сопротивления варистора — отрицательная ВАХ варисторов: величина (не превышает 0, 1 % на градус). синие — на основе Zn. O, - рабочее напряжение (Operating voltage, низковольтные варисторы красные- на основе Si. C. изготавливают на рабочее напряжение от 3 до 200 В, а высоковольтные —до 20 к. В. ), - рабочий ток (Operating Current) — от 0, 1 м. А до 1 А - максимальный импульсный ток (Peak Surge Current) - поглощаемая энергия (Absorption energy). Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Терморезисторы Классификация: a) NTC/PTC (negative/positive temperature coefficient) – с отрицательным/положительным ТКС (температурным Полупроводниковые приборы Терморезисторы Классификация: a) NTC/PTC (negative/positive temperature coefficient) – с отрицательным/положительным ТКС (температурным коэф том R) b) Прямого/косвенного подогрева (естественный нагрев/ спец. нагревателем редки) Зависимости: а — температурная терморезистора с отрицательным αт; б — ВАХ терморезисторов 3 х типов (1 3) прямого подогрева с отрицательным α т; в — релейный эффект (TB>TA, С – нагру зочная прямая. С ростом T переход 1 2 3, при снижении – 3 4 1) ; г — ВАХ терморезистора косвенного подогрева (T 1>T 2>T 3); Применяются в системах противопожарной безопасности, системах д — температурная позистора; измерения и регулирования температуры, теплового контроля, схем е — ВАХ позистора температурной компенсации, измерения мощности ВЧ. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 5

6 Полупроводниковые приборы ППП с одним переходом. Диод – ППП с двумя выводами и 6 Полупроводниковые приборы ППП с одним переходом. Диод – ППП с двумя выводами и одним p n переходом Тип прибора УГО ВАХ Д – диоды выпрямительные и импульсные (КД 522 А); Ц – выпрямительные столбы и блоки (КЦ 402 Б); А – сверхвысокочастотные диоды; Г – генераторы шума (2 А 717 А) КД 201 В Д – диоды Шоттки (можно писать и с одной «т» Шотки) КД 522 А С – стабилитроны (КС 175 А); С стабисторы (КС 113); И – туннельные диоды (1 И 102 Е, АИ 101 А) ; В – варикапы (КВ 107 Б); АЛ 307 Л – излучающие оптоэлектронные приборы (АЛ 107 Б); ФД (нестандартное обозначение) фотодиоды Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. КЦ 402 Б

Полупроводниковые приборы Конструкция диодов При сплавной технологии изготовления диода или транзистора, электронно дырочный переход Полупроводниковые приборы Конструкция диодов При сплавной технологии изготовления диода или транзистора, электронно дырочный переход образуется на границе раздела исходного кристалла и рекристаллизованной области, в которую происходило вплавление, см. нижний рисунок (а). На нижних рисунках (б) и (в) показаны различные способы изготовления PN перехода диффузией акцепторной примеси в кристалл N типа. На правом рисунке показан пример применения планарной технологии. Эта технология получила широкое распространение и, в настоящее время щироко используется не только для диодов но и транзисторов и интегральных схем. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 7

8 Полупроводниковые приборы Стабилитроны и стабисторы – в обозначении 1 я цифра – мощность 8 Полупроводниковые приборы Стабилитроны и стабисторы – в обозначении 1 я цифра – мощность и диапазон напряжений, 2 и 3 – напряжение стабилизации. 1 – мощностью не более 0, 3 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В; (КС 147=4. 7 В) 2 мощностью не более 0, 3 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10… 100 В; (КС 213=13 В) 3 мощностью не более 0, 3 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В; 4 мощностью 0, 3… 5 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В; 5 мощностью 0, 3… 5 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10… 100 В; 6 мощностью 0, 3… 5 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В; (КС 620=120 В) 7 мощностью 5… 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации менее 10 В; 8 мощностью 5… 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации 10… 100 В; 9 мощностью 5… 10 Вт с номинальным напряжением стабилизации более 100 В Бывают двуханодные. Прецизионные – включают дополнительные диоды в прямом направлении для компенсации температуры. Основное назначение – стабилизация напряжения для питания схем и в источниках эталонного напряжения для АЦП и ЦАП Стабисторы работают на прямой ветви и часто на схемах обозначаются как обычные диоды Основные параметры: - напряжение стабилизации (от 1 В до 3000 В) минимальный ток стабилизации (от 1 до 20 м. А) максимальный ток стабилизации (от 10 до 400 м. А) динамическое сопротивление стабилизации (0. 5 330 Ом для высоковольтных) температурный коэффициент напряжения (от 0. 005 до 0. 15 %/о. С). Положителен для лавинного пробоя и отрицателен – для туннельного UВХ Rд UВЫХ VD 1 RН Схема параметрического стабилизатора: - RД – добавочный резистор VD 1 – стабилитрон RH – сопротивление нагрузки Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

9 Полупроводниковые приборы Параметрический стабилизатор UВХ Схема параметрического стабилизатора – устройства стабилизации напряжения на 9 Полупроводниковые приборы Параметрический стабилизатор UВХ Схема параметрического стабилизатора – устройства стабилизации напряжения на нагрузке за счет нелинейности ВАХ пассивного электронного прибора IВХ – входной ток стабилизатора, равный току через RД ICТ – ток через стабилитрон IH – ток нагрузки, равный UВЫХ/RH Основные соотношения: UCТ=UВЫХ 1 й закон Кирхгофа: IВХ=IH+IСТ 2 й закон Кирхгофа: UВХ=UВЫХ+URД При RH Max IН 0 и ICТ=IMAX и наоборот, при RH Min IH Max и ICТ=IMIN То есть ток через стабилитрон всегда должен находиться в диапазоне от IMIN (максимальная нагрузка, минимальное RH и UВХ) до IMAX (минимальная нагрузка, максимальное RH и UВХ) RД>=(UВХ. МАХ UMAX)/(IMAX+IH. MIN), чтобы ток через стабилитрон не превысил максимально допустимой величины При этом максимальный ток через нагрузку будет равен IH. MAX=(UВХ. MIN UMIN)/RД IMIN Rд UВЫХ VD 1 RН UMAX UMIN Приближенный расчет: Полагаем динамическое сопротивление стабилитрона равным 0. Тогда UMAX=UMIN=UСТ. RД>=(UВХ. МАХ UСТ)/(IMAX+IH. MIN). Часто полагают IH. MIN=0 и RД>=(UВХ. МАХ UСТ)/IMAX Основные характеристики: Нагрузочная: зависимость UВЫХ (IH) при UВХ=const. Часто полагают UВХ=UВХ. NOM Зависимость UВЫХ(UВХ) при IH=const. Часто полагают IH=IH. NOM Основные параметры: Коэффициент стабилизации: КСТАБ= ΔUВХ/ ΔUВых Выходное сопротивление: RВЫХ= ΔUВы. Х/ ΔIН Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. I IMIN IMAX U

Полупроводниковые приборы Выпрямительные диоды, столбы и блоки Подкласс Д: 1 – выпрямительные диоды с Полупроводниковые приборы Выпрямительные диоды, столбы и блоки Подкласс Д: 1 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока не более 0, 3 А (КД 102 А); 2 – выпрямительные диоды с постоянным или средним значением прямого тока не свыше 10 А (КД 213); Подкласс Ц: столбы – последовательное включение. Блоки – сложное соединение 1 – столбы с постоянным или средним значением прямого тока не более 0, 3 А; 2 столбы с постоянным или средним значением прямого тока 0, 3… 10 А; 3 блоки с постоянным или средним значением прямого тока не более 0, 3 А; 4 блоки с постоянным или средним значением прямого тока 0, 3… 10 А. Хорошо работают до 5 20 к. ГЦ. Токи – до 10 А. Силовые вентили имеют иную маркировку (типа ВЧ), токи свыше 10 А и частоты до 50 500 Гц. Реальная ВАХ имеет ярко выраженную зависимость от температуры и напряжения. Iобр=(U Uo)/Rд. Iобр=M(Io+Ig)+Is – токи насыщения, генерации и лавинного размножения, имеющие зависимость вида Iо(To) ea(T To). Основные параметры: Iср – средний прямой ток (от 100 м. А до 500 А), Iпр. max – пиковое значение импульса тока при заданных максимальной длительности, скважности и формы импульса Uобр. max – макс. обратное напряжение (от 30 до 3800 В) Важные параметры: Iобр. max – макс. обратный ток, возможно при разных температурах (10 мк. А 40 м. А). Uпр – прямое падение напряжение при макс. токе (порядка 0. 7 1. 5 В), Второстепенные параметры максимальная частота и температурный диапазон, дифференциальное сопротивление диода в прямом режиме. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 10

Полупроводниковые приборы Выпрямление переменного тока Выпрямительный диод предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное. Полупроводниковые приборы Выпрямление переменного тока Выпрямительный диод предназначен для преобразования переменного напряжения в постоянное. Идеальный выпрямитель должен при одной полярности ток пропускать, при другой полярности не пропускать. Свойства полупроводникового диода близки к свойствам идеального выпрямителя, При анализе выпрямительных схем с диодами отдельные ветви ВАХ представляют в виде прямых линий, что позволяет представить диод в виде различных эквивалентных схем. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 11

Полупроводниковые приборы 12 Универсальные и импульсные диоды Подкласс Д: 4 – импульсные диоды с Полупроводниковые приборы 12 Универсальные и импульсные диоды Подкласс Д: 4 – импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления в пределах 150… 500 нс; 5 – импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления в пределах 30… 150 нс; 6 – импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления в пределах 5… 30 нс; 7 импульсные диоды с временем восстановления обратного сопротивления в пределах 1… 5 нс; 8 – импульсные диоды с эффективным временем жизни неосновных носителей заряда менее 1 нс. Универсальные диоды предназначены для использования в схемах нелинейного преобразования электрических сигналов (выпрямление, детектирование и т. д. ) в диапазоне частот до 1000 МГц. Часто используются точечные р n переxоды, имеющие малую площадь. Поэтому характеризуются малыми прямыми токами (не более 150 м. А), низкими значениями допустимой мощности рассеяния и низкими рабочими напряжениями (до 150 В) из за резкого возрастания обратного тока за счет утечки и тока термогенерации. В области пробоя на обратной ветви ВАХ имеется участок ab с отрицательным сопротивлением Основными параметрами универсальных диодов являются: Iпр. макс – предельный прямой ток; Iпр. имп – предельный импульсные прямой ток; Iобр – обратный ток Uобр макс – максимальное обратное напряже ние, fmax – предельная частота Спр – проходная емкость (статическая емкость между выводами) Импульсные диоды работают в режиме переключения в быстродействующих импульсных схемах (логические схемы, диодные ограничители и фиксаторы уровня и т. д. ) и должны обладать минимальной длительностью переходных процессов при включении и выключении. Процесс включения характеризуется временем установления прямого падения напряжения на диоде, а выключения – временем установления обратного тока (время восстановления обратного сопротивления, время рассасывания носителей) Остальные параметры аналогичны универсальным и импульсным диодам Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

13 Полупроводниковые приборы Диоды Шоттки, СВЧ – диоды Подкласс А: Сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды используются 13 Полупроводниковые приборы Диоды Шоттки, СВЧ – диоды Подкласс А: Сверхвысокочастотные (СВЧ) диоды используются в устройствах, работающих в сантиметровом и миллиметровом диапазонах 1 – смесительные диоды предназначенные волн. для преобразования СВЧ сигнала и сигнала гетеродина в сигнал В диодах СВЧ используются точечные p n переходы, лавинно промежуточной частоты; пролетные (ЛПД), диоды Шоттки, ДНЗ, диоды Ганна (к диодам отношение минимально, поскольку вентильный эффект в них 2 детекторные диоды (видео диоды), не используется) и др. предназначенные для детектирования СВЧ колебаний, т. е. для преобразования Лавинопролетные диоды, pin – диоды – исключают пробой и импульса СВЧ колебаний уменьшают емкость за счет большой толщины перехода. (радиоимпульса) в импульс огибающей Разновидности СВЧ – диодов. (видеоимпульс); Диоды с накоплением заряда (ДНЗ) называют также 3 – усилительные диоды; накопительными диодами. В них в базовой области создается неравномерная по толщине базы концентрация примесей. В 4 – параметрические диоды, предназначенные результате возникает электрическое поле, препятствующее для работы в усилителях СВЧ колебаний; накоплению носителей заряда в отдаленных от перехода 5 – переключательные и ограничительные областях базы. Поэтому при прямом токе основной заряд диоды; накапливается вблизи р п перехода. Поэтому ток рассасывания 6 – умножительные и настроечные диоды; постоянен, а время мало 7 – генераторные диоды; Основные параметры диодов СВЧ: емкость, индуктивность, потери 8 импульсные диоды. преобразования, добротность, чувствительность по току и др. <Конструкция диода Шоттки: 1 — полупроводниковая подложка; 2 — эпитаксиальная плёнка; 3 — контакт металл — полупроводник; 4 — металлическая плёнка; 5 — внешний контакт Диоды Шотки – разновидность выпрямительных диодов, работающий на основе выпрямляющего контакта металл – полупроводник. В диоде Шотки отсутствуют явления накопления и рассасывания основных носителей, поэтому они могут работать на частотах до десятков ГГц. Прямое напряжение составляет ~0. 2. . 0, 5 В (при токах до 10 А), прямой допустимый ток может достигать сотни ампер, а обратное напряжение – сотен вольт. Недостаток при кратковременном превышении максимального обратного напряжения диод Шоттки необратимо выходит из строя. Кроме того, он характеризуется повышенными обратными токами, возрастающими с ростом температуры кристалла Применяют в переключательных схемах, а также в выпрямителях больших токов и в логарифмирующих устройствах, из за соответствующего вида его прямой ветви ВАХ. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

14 Полупроводниковые приборы Варикапы, туннельные и обращенные диоды Подкласс В: 1 – подстроечные варикапы; 14 Полупроводниковые приборы Варикапы, туннельные и обращенные диоды Подкласс В: 1 – подстроечные варикапы; 2 – умножительные варикапы. Подкласс И: Туннельные диоды – Важные параметры ВАХ – положение точки пика (П, 7 м. А при 0. 25 В) и впадины (0. 4 В при 1 м. А). Применяются для генерации колебаний. Имеют высокие значения максимальной граничной частоты fmax ~ 109 Гц, поскольку времена процессов при туннелировании составляют наносекунды, то есть min ~ 10 9 c. По этой причине туннельные диоды используются в СВЧ технике. Обращенные диоды – вырожденные туннельные. В основном импульсные. Uпр=300 м. В при 1 м. А. Основное назначение – выпрямление (детектирование) слабых сигналов 1 – усилительные туннельные диоды; 2 – генераторные туннельные диоды; 3 – переключательные туннельные диоды; 4 – обращенные диоды Варикап – полупроводниковый диод, предназначенный для работы в качестве емкости, величина которой зависит от приложенного к нему обратного напряжения. Основная его характеристика – вольт фарадная С(U). Варикапы предназначены для применения в качестве нелинейных конденсаторов с электрически управляемой величиной емкости. Разновидностью варикапов являются варакторы, предназначенные для умножения СВЧ сигналов. Диффузионная емкость, преобладающая при прямом включении диода, характеризуется сильной зависимостью от температуры и частоты и имеет низкую добротность. Поэтому варикапы используются при обратном включении, когда преобладает барьерная емкость. К основным параметрам варикапов относятся: номинальная емкость Сном при обратном напряжении Uo 6 p = 4 В; максимальная Смакс и минимальная Смин емкости при минимальном и максимальном обратном напряжении (C=6… 12 п. Ф до 18… 48 пф, иногда до 90… 192 п. Ф); коэффициент перекрытия по емкости (2 5), добротность Q. , представляющая собой отношение реактивного сопротивления к полному сопротивлению потерь на заданной частоте (Q=1/tgδ=Xc/R=25, , 100); температурный коэффициент емкости ТКЕ (около 5*10 4/o. C) максимально допустимое обратное напряжение Umax=25 80 В Генераторы шума 2 Г 401 – как стабилитроны Магнитодиоды 1 Д 3013 – I=3 м. А при 10 В при В=0. 4 Тл Iпр=3 м. А при 32 В! Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

15 Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 3: полупроводниковый стабилитрон Задание: 1. 2. 3. - 15 Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 3: полупроводниковый стабилитрон Задание: 1. 2. 3. - Снять ВАХ стабилитрона и определить его напряжение стабилизации и динамическое сопротивление; Оценить ТКН стабилитрона; Для простейшего параметрического стабилизатора определить: Коэффициент стабилизации Выходное сопротивление Вопросы для самопроверки: а) Физические явления в электрических переходах 1. Какие существуют типы электрических переходов? 2. Что такое гетеропереход? 3. Что такое барьер Шоттки и в чем он проявляется? 4. Каким условиям должны удовлетворять металлы, используемые для создания омического контакта с полупроводниками? 5. Что такое вентильное свойство p n перехода? 6. Какой зависимостью описывается ВАХ p n перехода? * 7. О чего зависит обратный ток через р n – переход? * 8. Какой вид имеет потенциальная диаграмма на прямо смещенном и обратно смещенном р п переходе? * 9. В чем состоит суть туннельного эффекта? 10. Какие типы пробоев характерны для р п переходов и какова их природа? 11. Какие из пробоев в р п переходе необратим? 12. От чего зависит толщина р п – перехода? 13. Почему не смотря на наличие на переходе потенциального барьера напряжение на выводах любого диода остается равным нулю? * 14. Из чего складывается емкость p n переходах и от чего она зависит? 15. Какой характер имеет зависимость емкости перехода от приложенного к нему напряжения? * б) Электронные приборы на основе электрических переходов в полупроводниках 1. Как классифицируются полупроводниковые приборы российского производства? * 2. Как классифицируются полупроводниковые приборы с одним р п переходом? 3. Какие условные графические изображения используются для полупроводниковых приборов с одним переходом? 4. В чем состоит отличие реальных свойств полупроводникового диода от идеального? * 5. Какими основными параметрами и характеристиками описываются выпрямительные диоды и каков диапазон изменения этих параметров? 6. Какими основными параметрами и характеристиками описываются импульсные и универсальные диоды? 7. Какую ВАХ имеет туннельный диод? 8. Какую ВАХ имеет обращенный диод? 9. Какими основными свойствами отличаются диоды Шоттки, лавинопролетные и pin – диоды от остальных видов диодов? * Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

16 Полупроводниковые приборы Биполярные транзисторы (БТ) Биполярным транзистором называется электронный прибор с двумя взаимодействующими 16 Полупроводниковые приборы Биполярные транзисторы (БТ) Биполярным транзистором называется электронный прибор с двумя взаимодействующими p-n переходами и тремя или более выводами. Эмиттер – наиболее легированная область малых размеров, инжектирующая основные носители в базу. База – средняя, промежуточная область минимальной толщины, чтобы при прохождении через нее неосновные неравновесные носители не успевали рекомбинировать (Lбазы

17 БТ: принцип и режимы работы и основные соотношения Полупроводниковые приборы В зависимости от 17 БТ: принцип и режимы работы и основные соотношения Полупроводниковые приборы В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n переходах транзистора различают следующие режимы его работы: а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное; б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт); в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт); Режимы отсечки и насыщения характерны для работы транзистора в качестве электронного ключа; активный режим используют при работе транзистора в усилителях. Инверсное включение БТ – когда Э и К меняем местами Так как база имеет очень малую толщину и малое число дырок, большинство разогнавшихся еще в эмиттере электронов не успевает рекомбинировать в базе и достигают коллекторного p-n перехода, где для них, как для неосновных носителей в области базы, обратное напряжение перехода не является барьером, и уже в коллекторе электроны попадают под притягивающее действие приложенного внешнего напряжения, образуя во внешней цепи коллекторный ток Iк. Iэ=Iк+Iб, Iк=α ∙ Iэ В результате рекомбинации части электронов с дырками базы образуется ток базы Iб, Iб<

18 Полупроводниковые приборы БТ: Конструкция и технологии изготовления Материалы исходного кристалла, а также технология 18 Полупроводниковые приборы БТ: Конструкция и технологии изготовления Материалы исходного кристалла, а также технология изготовления и конструкция сильно влияют на характеристики и параметры БТ. Основной материал на сегодня – кремний, но еще есть Ge и (редко) Ga. As Площадь коллекторного перехода значительно больше площади эмиттерного перехода, так как на нем рассеивается максимальная мощность. Эмиттер маленький и легированный, чтоб усилить инжекцию и уменьшить обратный ток. Дрейфовые, или диффузионные транзисторы – с градиентом концентрации носителей в базе так, чтобы возникающий наклон энергетической лиаграммы способствовал дрейфу носителей в сторону коллектора. В силу перечисленных причин транзисторы несимметричны и в инверсном включении имеют Рис. 3’ худшие характеристики В производстве дискретных транзисторов применяется, в основном, эпитаксиально планарная и мезапланарная технологии, а в производстве транзисторов в составе интегральных микросхем – эпитаксиально планарная. Еще есть сплавные, выращенные, диффузионные, эпитаксиальные и планарные технологии. Целый ряд транзисторов изготавливают сочетанием двух или даже трех технологических методов Рис. 1. а) диффузия Sb, б) шлифовка, в) вплавление 1 база (In+Sb), 2 эмиттер (In+Sb+Ga) Рис. 2. Меза- Планарная технология Рис. 2. а) диффузия Ga, б) выращивание Si. O 2, в) фотолитография (ФЛ), г) вскрытие травлением эмиттерных окон, д) диффузия As, e) ФЛ колец E и Б, ж)напыление контактов, з) ФЛ, травление меза структур, резка, и) сварка выводов. 1 Si. O 2, 2 – фоторезист, 3 – эмиттерный круг, 4 – базовое кольцо, Рис. 1. Сплавно-диффузионная технология 5 Au+Sb, 6 8 – выводы Б, Э, К Рис. 3. Планарная технология Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

19 Полупроводниковые приборы БТ: Схемы включения. Схема с ОБ Возможны три схемы включения (по 19 Полупроводниковые приборы БТ: Схемы включения. Схема с ОБ Возможны три схемы включения (по числу выводов) БТ: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Семейства ВАХ: I 1(U 1) |U 2=const или I 2=const Для БТ бывают: Входные: I 1 вх=(Uвх)|Uвых=сonst Выходные: Iвых(Uвых)|Iвых=const, где Iвх=Iб или Iэ, Iвых=Iк или Iэ Основные параметры: Коэффициент усиления по току Ki=Iвых/Iвх Выходное динамическое сопротивление rвых=d. Uвых/d. Iвых |Iвх=const Входное сопротивление: статическое Rвх=Uвх/Iвх и динамическое rвх=d. Uвх/d. Iвх|Uвых=const Схема с ОБ: Вых. ВАХ: Iк(Uкб)|Iэ Вх. ВАХ: Iэ(Uэб)|Uкб Эффект Эрли: рост Iк с увеличением Uкэ из за расширения области объемного заряда и утоньшения базы Схема с ОБ обладает наименьшим Rвх и наибольшим Rвых. Имеет Ki, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Фаза сигнала не инвертируется. Ki: Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1] Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iэ. Rвх для схемы с ОБ мало и не превышает 100 Ом (т. к. входная цепь открытый переход Э Б транзистора. Достоинства: Хорошие температурные и частотные свойства. Семейство входных ВАХ. Семейство выходных ВАХ. Высокое допустимое напряжение Пунктир – линия максимальной Недостатки: мощности Малое усиление по току (α < 1) Малое Rвх Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

20 Полупроводниковые приборы БТ: Схемы включения. Схема с ОЭ Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ 20 Полупроводниковые приборы БТ: Схемы включения. Схема с ОЭ Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iк/Iб=Iк/(Iэ Iк) = α/(1 α) = β [β>>1] Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=Uбэ/Iб Схема с ОЭ: Вых. ВАХ: Iк(Uкэ)|Iб Вх. ВАХ: Iб(Uбэ)|Uкэ Обратный ток для схемы ОЭ и динамическое сопротивление коллектора примерно в β раз хуже, чем для схемы с ОБ Семейство входных ВАХ. Достоинства: Большой коэффициент усиления по току Большой коэффициент усиления по напряжению Наибольшее усиление мощности Недостатки: Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с ОБ Семейство выходных ВАХ. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

21 БТ: Схемы включения. Схема с ОК. Инверсное включение Полупроводниковые приборы Для схемы включения 21 БТ: Схемы включения. Схема с ОК. Инверсное включение Полупроводниковые приборы Для схемы включения транзистора с Схема с ОК: Вых: Iк(Uэк)|Iб Вх: Iб(Uкб)|Uэк ОК обычно справочные данные, в том числе по ВАХ, не приводятся. Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх=Iэ/Iб=Iэ/(Iэ Iк) = 1/(1 α) = β [β>>1] Входное сопротивление: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбэ+Uкэ)/Iб Достоинства: Большое входное сопротивление Малое выходное сопротивление Схему с таким включением называют «эмиттерным повторителем» Недостатки: Коэффициент усиления по напряжению меньше 1. Инверсное включение – из за асимметрии имеет меньшее усиление Инверсное включение Семейство выходных ВАХ. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

22 Полупроводниковые приборы БТ: Температурные зависимости. Электрический пробой Влияние температуры на работу биполярного транзистора 22 Полупроводниковые приборы БТ: Температурные зависимости. Электрический пробой Влияние температуры на работу биполярного транзистора обусловлено тремя физическими факторами: -уменьшением потенциальных барьеров в переходах -увеличением тепловых токов переходов - увеличением коэффициентов передачи токов с ростом температуры. Увеличение коэффициента передачи тока с ростом температуры обусловлено ростом времени жизни электронов в базе и соответствующим ослаблением их рекомбинации с дырками. Температурные зависимости входных характеристик для семы с ОБ Обратные токи Коэфф ты усиления (t) Выходные ВАХ ОБ (а) и ОЭ(б) В схеме ОБ напряжение лавинного пробоя коллекторного перехода UКБ 0 проб близко к напряжению пробоя изолированного перехода. Из за сильного легирования эмиттера UКЭ 0 проб эмиттерного перехода мало – 1. . 10 В. В схеме ОЭ условия возникновения пробоя сильно зависят от режима базовой цепи. В случае, когда RБ 0 пробой коллекторного перехода происходит так же, как и в схеме ОБ, и возникает при том же пробивном напряжении на коллекторе. UКБ 0 проб. При RБ UКЭ 0 проб = UКБ 0 проб Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Выходные ВАХ , b=2. . 6 Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

23 Полупроводниковые приборы Упрощенные модели БТ Передаточная модель Эберса - Молла может уточняться (влияние 23 Полупроводниковые приборы Упрощенные модели БТ Передаточная модель Эберса - Молла может уточняться (влияние объемных сопротивлений, генерационно-рекомбинационных токов переходов, эффект Эрли и т. д. ) и поэтому именно она используется в компьютерных программах Классическая модель Эберса Молла Передаточная модель Эберса Молла IЭБК это тепловой ток эмиттера в схеме с общей базой при u. КП = 0 ( замыкании выводов коллектора и базы). IКБК тепловой ток коллектора в схеме с ОБ при u. ЭП=0. Классическая модель менее удобна для расчетов, чем передаточная, но широко используется для объяснения работы транзистора Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Работа БТ в импульсном режиме. Частотные свойства Из-за эффекта рассасывания и накопления Полупроводниковые приборы Работа БТ в импульсном режиме. Частотные свойства Из-за эффекта рассасывания и накопления носителей заряда в области базы, диффузионной и барьерной емкостей p-n переходов способность транзистора усиливать высокие частоты ограничена. Проявляется также при работе транзистора в ключевом (импульсном) режиме, когда он переходит из состояния отсечки в режим насыщения и наоборот. В момент включения всегда имеется некоторая задержка, обусловленная временем инжекции носителей в базу и создания в ней области объемного заряда. Затем ток коллектора растет и достигает максимального значения насыщения по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной произведению сопротивления нагрузки на емкость коллекторного перехода. При выключении – аналогичная, но обратная картина – сначала рассасывание, затем экспоненциальный разряд. В зависимости от значения предельной частоты различают транзисторы: - низкочастотные (fα <3 МГц), - среднечастотные (3 МГц300 МГц). В справочниках для транзистора, включенного по схеме ОЭ, дается частота fгр (или fт), на которой коэффициент передачи базового тока β становится равным 1. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 24

25 Полупроводниковые приборы Физические модели БТ для активного режима Физические и формализованные модели транзистора 25 Полупроводниковые приборы Физические модели БТ для активного режима Физические и формализованные модели транзистора применяют для анализа работы транзистора в усилительных устройствах в активном режиме при заданных значениях постоянных напряжений и токов, совокупность которых определяет режим работы транзистора по постоянному току (или так называемую «рабочую точку» ), для небольших (малых) изменений переменных токов и напряжений в окрестности этой рабочей точки. Именно для этих малых изменений переменных и строятся малосигнальные модели транзистора. Уточненная модель Эберса Молла Здесь все сопротивления – дифференциальные! Iк=. . +Uкэ/rk/(1 α) – эффект Эрли Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

26 Полупроводниковые приборы Система h параметров БТ. Малосигнальная модель Четырехполюсник характеризуется прямой - от 26 Полупроводниковые приборы Система h параметров БТ. Малосигнальная модель Четырехполюсник характеризуется прямой - от входа к выходу, и обратной – от выхода к входу, передачей сигналов. Все параметры – дифференциальные! Модель применима к малым сигналам, когда допустима линейная аппроксимация Каждый параметр имеет определенный физический смысл: h 11 - это входное сопротивление; h 12 - это коэффициент обратной передачи напряжения (определяет, какая часть Uвых передается на вход; h 21 - это коэффициент прямой передачи тока (показывает, как передается на выход изменение Iвх); h 22 - это выходная проводимость Для четырехполюсников можно составить 6 пар уравнений, связывающих входные и выходные токи и напряжения h 11, э = Δuбэ / Δiб при Δuкэ = 0 (рис. а), Rвх. оэ h 12, э = Δ uбэ / Δ uкэ при Δiб = 0 (рис. б), Кос h 21, э = Δ iк / Δ iб при Δuкэ = 0 (рис. в), β h 22, э = Δ iк / Δ uкэ при Δ iб = 0 (рис. г). – 1/rкэ h 21, э 0. Измерения – к. з. на выходе, х. х. на входе Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

27 Полупроводниковые приборы Система обозначений транзисторов. 1. ОСТ 11336. 919 - 81 К Т 27 Полупроводниковые приборы Система обозначений транзисторов. 1. ОСТ 11336. 919 - 81 К Т 6 0 4 А Материал Номер разработки Функциональные Группа возможности транзисторов 2. ГОСТ 10862 - 64 П 213 А ГОСТ 10862 - 72 Группа Класс Номер разработки, указывающий на материал и функциональные возможности На электрических принципиальных схемах обозначаются как VT Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы 28 Система обозначений транзисторов. Третий элемент (цифра) определяет основные функциональные возможности транзистора: Полупроводниковые приборы 28 Система обозначений транзисторов. Третий элемент (цифра) определяет основные функциональные возможности транзистора: 1 – низкочастотные транзисторы малой мощности (не более 0, 3 Вт, <3 МГц) ; 2 среднечастотные транзисторы малой мощности (0. 3 1. 5 Вт, 3… 30 МГц); 3 – высокочастотные транзисторы малой мощности (>1. 5 Вт, >30 МГц); 4 – низкочастотные средней мощности (0, 3… 1, 5 Вт, <3 МГц); 5 – среднечастотные средней мощности (0. 3… 1. 5 Вт, 3… 30 МГц); 6 – высокочастотные средней мощности (0. 3… 1. 5 Вт, >30 МГц); 7 низкочастотные транзисторы большой мощности (>1. 5 Вт, 3 <3 МГц); 8 – среднечастотные большой мощности (>1. 5 Вт, 3… 30 МГц); 9 – высокочастотные большой мощности (>1. 5 Вт, >30 МГц) Четвертый элемент – (число) обозначает порядковый разработки технологического типа транзистора: или двухзначные числа от 01 до 99 или трехзначные от 101 до 999. Пятый элемент (буква) условно определяет классификацию (литеру) по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии. В качестве классификационной литеры применяются буквы русского алфавита, за исключением букв З, О, Ч, Ы, Ш, Щ, Ю, Ь, Ъ, Э. Стандарт обозначений допускает введение дополнительных элементов для обозначения модернизаций транзистора, приводящих к изменению его конструктивных или электрических параметров. Пример: КТ 937 А 2 – кремниевый биполярный транзистор, высокочастотный, большой мощности, номер разработки 37, группа А, бескорпусный, с гибкими выводами на кристаллодержателе Корпуса стандартизованы. У мощных транзисторов коллектор – на корпусе Маркировка на корпусе: наносится либо полное обозначение транзистора, либо ставится только буква классификационной группы, либо цветовая метка. Так, у транзисторов серии КТ 361 буква заключена в тире, а у КТ 315 свободно стоит у края корпуса. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Основные параметры биполярных транзисторов. h 21 Э – статический коэффициент передачи тока Полупроводниковые приборы Основные параметры биполярных транзисторов. h 21 Э – статический коэффициент передачи тока Iк. макс – максимально допустимый постоянный ток коллектора Iк. и. макс – максимально допустимый импульсный ток коллектора Uкбо. макс – максимально допустимое постоянное напряжение коллектор – база при токе эмиттера, равном нулю. Uэбо. макс – максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер – база при токе коллектора, равном нулю. Рк. макс – максимально допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе с/без теплоотвода Рк. и. макс – максимально допустимая импульсная мощность Uкэ. нас – напряжение насыщения между коллектором и эмиттером транзистора. Iкбо – обратный ток коллектора. База оборвана (Rбэ ) fгр – граничная частота коэффициента передачи тока (h 21 э=1) Rтп с – тепловое сопротивление от перехода к окружающей среде. Rтп к – тепловое сопротивление от перехода к корпусу транзистора. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 29

30 Дополнительные параметры биполярных транзисторов. Полупроводниковые приборы fh 21 – предельная частота коэффициента передачи 30 Дополнительные параметры биполярных транзисторов. Полупроводниковые приборы fh 21 – предельная частота коэффициента передачи тока (-3 дб) h 21 э – коэффициент передачи тока в режиме малого сигнала Iкэк – обратный ток Iкэо (база замкнута с эмиттером) Uкбо. и. макс – максимально допустимое импульсное напряжение коллектор – база при Iэ=0. Iкэ. R – обратный ток Iкэо при заданном сопротивлении в цепи база – эмиттер Iкэх – обратный ток Iкэо при заданном обратном напряжении база –эмиттер Iэбо – обратный ток эмиттерного перехода при разомкнутом выводе коллектора транзистора. Кш – коэффициент шума транзистора (отношение Pш. вых к той её части, которая вызвана тепловыми шумами сопротивления источника сигнала) tвкл – время включения биполярного транзистора. Интервал времени, являющийся суммой времени задержки и времени нарастания. tвыкл – время выключения биполярного транзистора. Интервал времени между моментом подачи на базу запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе транзистора достигнет значения, соответствующего 10 % его амплитудного значения. Тмакс – максимальная температура корпуса транзистора. Тп. макс – максимальная температура перехода транзистора. tрас – время рассасывания биполярного транзистора. Интервал времени между моментом подачи на базу запирающего импульса и моментом, когда напряжение на коллекторе транзистора достигает заданного уровня. Скэ – емкость коллекторного перехода Сбэ – емкость эмиттерного перехода Температуры переходов, корпуса, или окружающей среды и прочие параметры Важность параметра определяется, в первую очередь, областью применение транзистора и выполняемой им в схеме функции Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

31 Полупроводниковые приборы Разновидности транзисторов Составные (Дарлингтона) Лавинные. — объединение двух или более биполярных 31 Полупроводниковые приборы Разновидности транзисторов Составные (Дарлингтона) Лавинные. — объединение двух или более биполярных транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току. Суммарный коэффициент усиления β= β 1 * … * β n. Обычно n=2 Достоинство - высокий коэффициент усиления по току. Недостатки: o. Низкое быстродействие, особенно закрывание. используются o. Большое прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер o. Большое напряжение насыщения коллектор-эмиттер. Для кремниевого транзистора около 0. 9 В (по сравнению с 0. 2 у обычных транзисторов) для маломощных транзисторов и около 2 В для транзисторов большой мощности. o. Применение нагрузочного резистора R 1 позволяет увеличить быстродействие за счёт форсирования закрытия транзистора. Его величина резистора выбирается так, чтобы ток Iкэо транзистора VT 1 создавал на резисторе падение напряжения, недостаточное для открытия транзистора VT 2. Таким образом, ток утечки транзистора VT 1 не усиливается транзистором VT 2, тем самым уменьшается общий ток коллектор-эмиттер составного транзистора в закрытом состоянии. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

32 Полупроводниковые приборы Разновидности транзисторов: транзисторы Шоттки Транзисторы Шоттки отличаются от обычных тем, что 32 Полупроводниковые приборы Разновидности транзисторов: транзисторы Шоттки Транзисторы Шоттки отличаются от обычных тем, что они не входят в глубокое насыщение, и в их базах в открытом состоянии накапливается мало носителей заряда. В результате время их рассасывания меньше обычного. Накопления заряда в диодах Шоттки не происходит, так как протекающий в них ток вызван переносом основных носителей Эффект Шоттки снижает напряжение открывания кремниевого p-n перехода от обычных 0, 5… 0, 7 В до 0, 2… 0, 3 В и значительно уменьшает время жизни неосновных носителей в полупроводнике При открывании транзистора базовый ток нарастает только до значения, лежащего на границе активного режима и области насыщения, а весь избыточный базовый ток отводится через открытый диод Шоттки через коллектор и эмиттер открытого транзистора на землю Чем сильнее откроется транзистор, т. е. тем меньше падение напряжения коллектор-эмиттер, тем больший ток отводится через диод Шоттки, минуя базу, на землю. Это приведет к закрыванию транзистора, так как уменьшение тока базы закрывает транзистор. Так образуется обратная связь, саморегулирующая режим работы транзистора, удерживая его от глубокого насыщения Если при отпирании транзистора потенциал коллектора становится ниже потенциала базы, диод Шоттки открывается, и на нем устанавливается прямое напряжение Uпр, меньшее 0, 5 В. Поэтому не возникает режима насыщения и связанных с ним двойной инжекции и накопления избыточных зарядов. Это исключает задержку, вызванную рассеиванием избыточного заряда Режим насыщения. Разность потенциалов между выводами: а – биполярного транзистора; б – транзистора Шоттки Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы 33 Разновидности транзисторов: многоэмиттерные (МЭТ) МЭТ, эмиттерные области которых объединены одним внешним Полупроводниковые приборы 33 Разновидности транзисторов: многоэмиттерные (МЭТ) МЭТ, эмиттерные области которых объединены одним внешним выводом, характеризуются большим значением отношения периметра эмиттера к его площади, что обеспечивает уменьшение сопротивления базы транзистора и увеличение плотности его эмиттерного тока. Такие транзисторы применяют главным образом в качестве мощных ВЧ и СВЧ транзисторов. Наиболее распространёнными являются МЭТ с полосковой, ячеистой и сетчатой формами эмиттерной области. МЭТ с ячеистой формой эмиттерной области имеют наибольшую (по сравнению с другими МЭТ) величину отношения периметра эмиттера к его площади, что обеспечивает максимальное усиление по мощности. МЭТ с сетчатой формой эмиттерной области имеют наибольшее (по сравнению с другими МЭТ) значение отношения суммарной площади эмиттерных областей к площади коллекторной области, что обеспечивает работу такого транзистора при значительных рабочих МЭТ, в которых каждая эмиттерная область имеет отдельный внешний вывод, используются в транзисторно-транзисторной логике в качестве логического элемента «И» . Отличительной особенностью таких транзисторов является достаточно большое расстояние между отдельными эмиттерными областями и наличие сопротивления между базовой областью и её внешним выводом, что обеспечивает уменьшение коэффициента передачи тока между эмиттерными областями, а также малую величину инверсного коэффициента передачи тока и соответственно увеличение нагрузочной способности транзистора. Увеличение скорости переключения таких МЭТ достигается уменьшением площади эмиттерных областей Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

34 Разновидности транзисторов: однопереходный транзистор Полупроводниковые приборы Основными параметрами однопереходных транзисторов являются: o межбазовое 34 Разновидности транзисторов: однопереходный транзистор Полупроводниковые приборы Основными параметрами однопереходных транзисторов являются: o межбазовое сопротивление RББ = RБ 1 + RБ 2; o коэффициент передачи (характеризует напряжение переключения: o напряжение срабатывания Ucp – минимальное напряжение на эмиттерном переходе, необходимое для перехода прибора из состояния с большим сопротивлением в состояние с отрицательным сопротивлением; o ток включения Iвкл – минимальный ток, необходимый для включения однопереходного транзистора, т. е. перевода его в область отрицательного сопротивления Параметры для КТ 117 А…Г: Rб=4 Ом, η=0. 5… 0. 85, Iвкл=1 м. А, P=300 м. Вт Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

35 Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 4: Задание: 1. 2. 3. Снять семейство выходных 35 Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 4: Задание: 1. 2. 3. Снять семейство выходных и входных ВАХ БТ по схеме с ОБ и определить его основные параметры: Коэффициент усиления тока базы и коэффициент передачи тока эмиттера Выходное динамическое сопротивление Входное динамическое и статическое сопротивления Обратный ток коллектора и эмиттера Найти значения α, β, Iко, Iэо для инверсного включения ; Оценить влияние температуры на значения α, β, Iко, Iэо Вопросы для самопроверки: 1. 2. Каков принцип работы биполярного транзистора? Почему биполярные транзисторы называются биполярными? 3. В каких режимах может работать транзистор? 4. В каком направлении должны быть смещены переходы для транзистора, находящегося в активном режиме, режиме отсечки и режиме насыщения? 5. Какова полярность напряжений, приложенных к транзистору p n p (n p n) типа, находящемся в активном режиме (режимах отсечки, насыщения) ? 6. Чем отличается дрейфовый транзистор от диффузионного? 7. Что такое сплавной транзистор? 8. Что такое инверсное включение транзистора? 9. В чем заключается суть диффузионной технологии изготовления p n перехода? * 10. Что такое семейство ВАХ? Какие семейства ВАХ используются для описания свойств биполярных транзисторов? 11. Какой вид имеют выходные (входные) ВАХ p n p транзистора? 12. Как меняется вид входной (выходной) ВАХ с ростом температуры? 13. Какими функциями описываются идеализированные входные и выходные ВАХ биполярного транзистора? * 14. Каковы частотные свойства биполярных транзисторов и как они учитываются при его моделировании? * 15. Какие существуют схемы замещения биполярного транзистора? * 16. Что такое модель Эберса – Молла? 17. Что такое малосигнальная модель? 18. Что такое система h параметров? * 19. Какой физический смысл имеют h параметры биполярного транзистора? * 20. Каковы основные параметры биполярного транзистора? Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Тиристоры - Это ППП приборы с тремя и более переходами, имеющие 2 Полупроводниковые приборы Тиристоры - Это ППП приборы с тремя и более переходами, имеющие 2 устойчивых состояния (открыт-закрыт) и предназначенные коммутации силовых электрических цепей. Бывают следующие разновидности: 1. Динисторы 2. Тиристоры или тринисторы o Незапираемые (простые) o Запираемые 3. Симисторы Буква Н – динисторы, У-остальные 1… 2 незапираемые, Icр<0, 3 A, 10 A 3, 4 – запираемые 5, 6 - симметричные Силовые – ТЧ, и проч. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 36

37 Полупроводниковые приборы Система обозначений тиристоров Тиристор диодный (динистор) (а) проводящий в обратном направлении 37 Полупроводниковые приборы Система обозначений тиристоров Тиристор диодный (динистор) (а) проводящий в обратном направлении Тиристор незапираемый триодный с управлением по аноду Тиристор диодный симметричный Тиристор незапираемый триодный с управлением по катоду (б) Тиристор запираемый с управлением по аноду Тиристор запираемый с управлением по катоду Тиристор триодный, проводящий в обратном направлении (общее обозначение, с управлением по анаду или катоду) Триодный симметричный незапираемый тиристор Тиристоры (симисторы) могут управляться как положительным, так и отрицательным напряжением при положительном (отрицательном) напряжении на аноде (в) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

38 Полупроводниковые приборы Тиристоры – ВАХ и основные параметры Большинство параметров может быть повторяющимися 38 Полупроводниковые приборы Тиристоры – ВАХ и основные параметры Большинство параметров может быть повторяющимися (повт), Импульсными, средними и статическими. Задаются токи, напряжения, сопротивления, времена, частоты и скорости изменения. Из них основные – предельные (максимально допустимые) токи и напряжения: Uпр. max, Uобр. max, Iпр. max Iзакр. - ток в закрытом состоянии при Uпр. max Iобр. - обратный ток при Uобр. max Iуд. – ток удержания Iупр. – ток управления (min, max) Uос – прямое напряжение в открытом состоянии - Iос – ток в открытом состоянии fу – частота переключения; tвкл/tвыкл – время включения / выключения; Uупр. – макс. напряжение управления d. U/dtкр – критическая скорость нарастания напряжения Эксплуатационные параметры (температура, ускорения и проч. при работе / хранении) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Симисторы - Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть Полупроводниковые приборы Симисторы - Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 39

Полупроводниковые приборы 40 Полевые (униполярные) транзисторы Определение: ПТ – это п/п/п, содержащий электрически управляемый Полупроводниковые приборы 40 Полевые (униполярные) транзисторы Определение: ПТ – это п/п/п, содержащий электрически управляемый проводящий канал одного и того же типа проводимости. Англоязычный аналог – FET (field effect transistor) Управлять сопротивлением канала можно: А) изменяя толщину канала (за счет изменения толщины p n перехода, либо Б) путем изменения проводимости канала за счет изменения концентрации носителей в канале под воздействие электрического поля Названия электродов: Затвор управляющий электрод, или Gate; Один из выводов канала – исток (Source), другой – сток (drain). Теоретически можно использовать инверсию (сток и исток заменяются местами), но из за особенностей технологий изготовления – применимо не ко всем приборам Классификация транзисторов: Соответственно способу управления: 2 вида ПТ: - с р n переходом и - МДП или МОП (MOS) – транзисторы Поскольку видов проводимости 2, и 2 вида каналов: -с каналом p– типа. -с каналом p и n – типа. Кроме того, в МДП – транзисторах канал может существовать при отсутствии управляющего напряжения (встроенный канал), либо только при его наличии (индуцированный канал) Порядок подачи напряжений для работы в активном режиме: На сток – напряжение, противоположное типу канала: для p – минус, для n – плюс На затвор для закрывания – нуль, либо напряжение, противоположное напряжению на стоке В обозначении: стрелка от p к n, задает тип канала. Для МОП вывод со стрелкой обозначает подложку. Индуцированный канал пунктиром Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы 41 Полевые транзисторы – сводная таблица обозначений С p n – переходом: Полупроводниковые приборы 41 Полевые транзисторы – сводная таблица обозначений С p n – переходом: • с каналом типа N • с каналом типа Р С изолированным затвором (МОП, МДП, FET): • обогащенного типа (с индуцированным / наведенным Р-каналом) • обогащенного типа (с индуцированным / наведенным N-каналом) (внутр/внешнее соединение подложки П) • обедненного типа с Р-каналом (внутр/внешн. соединение П) • обедненного типа (со встроенным N-каналом ) (внутр/внешнее соединение подложки П) • Обогащенного типа (со встроенным N-каналом, внутренним соединением П ) • Обогащенного типа с N-каналом, (с внутренним соединением истока и подложки ) • с изолированным затвором с выводом от подложки обогащенного типа с Рканалом • с двумя изолированными затворами обедненного типа с. Р-каналом с выводом от подложки (полевой тетрод – для перемножения сигналов) • с затвором Шоттки Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы – варианты обозначений а) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы – варианты обозначений а) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 42

Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы с управляющим p n переходом Эксплуатационные Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы с управляющим p n переходом Эксплуатационные Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 43

Полупроводниковые приборы ВАХ полевых транзисторов с p n переходом ВАХ ПТ КП 103 Л: Полупроводниковые приборы ВАХ полевых транзисторов с p n переходом ВАХ ПТ КП 103 Л: выходная и передаточная (проходная, переходная, сток затворная)/ Напряжение отсечки – это напряжение, когда ток канала прекращается (справа внизу) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 44

Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы: участки ВАХ Основные параметры: Крутизна S= d. Ic/d. Uзи|Uси=const для Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы: участки ВАХ Основные параметры: Крутизна S= d. Ic/d. Uзи|Uси=const для заданного Uзи Крутизна по подложке, второму управляющему электроду – определяются аналогично Динамическое сопротивление Rд=d. Uси/d. Iс| Uси=const для Ucb Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 45

Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы: эквивалентные схемы и модели Примечание: – на левой схеме не Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы: эквивалентные схемы и модели Примечание: – на левой схеме не изображена Сси – емкость между стоком и истоком (в силу ее малости ей часто пренебрегают) Sгран=So/sqrt(2) – крутизна ПТ на граничной частоте усиления Iу=β*(Uзи. отс Uзи)*Uси 0. 5*Uис2) – линейная область Iу=0. 5*β*(Uзи. отс Uзи)2 – область насыщения β удельная крутизна Ic=0. 5*β *Uис2 – граница омической области Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 46

47 Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы МОП – со встроенным каналом Pперекл=СU 2/2*fперекл *П* Алт. 47 Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы МОП – со встроенным каналом Pперекл=СU 2/2*fперекл *П* Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

48 Полевые транзисторы: МОП с индуцированным каналом Полупроводниковые приборы Пороговое напряжение: когда появляется ток 48 Полевые транзисторы: МОП с индуцированным каналом Полупроводниковые приборы Пороговое напряжение: когда появляется ток стока Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы 49 Разновидности ПТ – флеш – память, ЭСП ПЗУ Принцип работы полупроводниковой Полупроводниковые приборы 49 Разновидности ПТ – флеш – память, ЭСП ПЗУ Принцип работы полупроводниковой технологии флеш памяти основан на возможности управления величиной накопленного электрического заряда в изолированной области полупроводника за счет туннелирования. Накопление – подачей высокого потенциала. Чтение – по току ПТ (смещение проходной ВАХ). Запись – высокий потенциал + ток канала, стирание – низкий. Раньше стирали УФ – облучением. Прототипы – МНОП (Н нитридная прослойка над каналом 100 нм) и ЛИЗМОП (лавинные – инжекционно зарядные) ПТ. Время хранения – 1. . 10 т. час. , Uзаписи/стирания=+50/ 30 В Различают NOR (матричную) и NAND (матрично столбцовую, 3 D память) По числу различимых градаций бывают SLC (single level cell), MLC (multi level cell) и аудио (аналоговый сигнал) приборы. Последние – в «говорящих» игрушках. Изменение заряда сопряжено с накоплением необратимых, неравномерно накапливающихся в разных ячейках изменений в структуре, поэтому количество записей для флеш памяти ограничено (типично до 100 тыс. раз). Проблема усугубляется тем, что чтение и запись – большими блоками. Выход – изыточная запись, резервирование ячеек, равномерность использования Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

50 Полупроводниковые приборы Разновидности МОП – ПТ и другие МДП структуры ПТ с управляющим 50 Полупроводниковые приборы Разновидности МОП – ПТ и другие МДП структуры ПТ с управляющим переходом металл – полупроводник (Ме. П) и с гетеропереходом (ГМе. П) ГМе. П транзисторы являются перспективными элементами для цифровых сверхскоростных микросхем и аналоговых микросхем СВЧ диапазона. В них используют свойства гетероперехода, образованного тонкими монокристаллическими слоями 2 х полупроводниковых материалов с близкой кристаллической структурой, но разной шириной запрещенной зоны. Простейший МЕП – транзистор – с применением управляющего затвора в виде диода Шоттки. Материал – Ga. As. Частоты – до 15 ГГц, Iобр<1 мка/см 2, Pпереключения уменьшается в 5 раз. Для ГМе. П показатели еще лучше. 70 нм Alx. Ga 1 -x. As p– – Ga. As Полуизолирующий Ga. As Область накопления n – Alx. Ga 1 -x. As И З (Al) С n – Alx. Ga 1 -x. As p– – Ga. As 50 нм 6 нм 1 мкм Полуизолирующий Ga. As Нормально открытый и закрытый ГМе. П - ПТ ПЗС – структуры: приборы с зарядовой связью (CCD – charge coupled devices). Бывают 2 х и трехфакзные. Тактовыми импульсами заряд передается от истока к стоку. Область применение – линии задержки, цифровые фильтры, преобразователи изображения в электрический сигнал (будут рассмотрены позже в оптоэлектронных ППП) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы – технологии а) б) а) устройство полевого транзистора, б) микрофотография Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы – технологии а) б) а) устройство полевого транзистора, б) микрофотография среза полевого транзистора, полученная с помощью просвечивающего электронного микроскопа. Слева вверху – обычный ПТ, в середине – террагигагерцовый транзистор Intel, внизу – его микрофотография. ПТ как бы утоплен в металле. Изолятором затвора служит новый диэлектрик с высокой ε (ноу-хау” Intel), имеющий значительно меньшие токи утечки, что позволяет транзистору работать при очень малых рабочих токах. Область транзистора в тысячи раз меньше площади обычных ПТ. ПТ выполнен на так называемом напряженном кремнии. Тонкая пленка кремния механически растягивается, что ведет к увеличению расстояния между атомами, что увеличивает крутизну и импульсные токи до 20%. Дальнейшее развитие ПТ возможно на пути применения так называемого „high-k” диэлектрика с увеличенной толщиной и повышенной диэлектрической постоянной. Однако он плохо совместим с материалом затвора - поликристаллическим кремнием. Поэтому в Intel был создан новый сплав металлов, способный выполнять функции затвора. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 51

52 Полупроводниковые приборы Трехмерные и многозатворные ПТ http: //www. remserv. ru/cgi/magazine/issue/69/query/1450 Созданы в Intel 52 Полупроводниковые приборы Трехмерные и многозатворные ПТ http: //www. remserv. ru/cgi/magazine/issue/69/query/1450 Созданы в Intel в 2003 г. Они выступают над поверхностью кристалла, а не утоплены в ней и можно делать ПТ с несколькими затворами. В них возможно применение нового диэлектрика с большой диэлектрической постоянной и новых сплавов для затвора. Применение такой структуры позволило, не увеличивая общую площадь, занимаемую ПТ, почти на треть увеличить площадь затвора, а следовательно увеличить крутизну характеристик транзистора. К минимуму сводятся и межэлектродные емкости транзисторов, что увеличивает скорость переключения. Области прибора четко различимы и их изготовление достаточно пока хорошо контролируется, хотя толщина диэлектрика затвора приблизились к размерам атомов и составляет несколько атомных слоев, вплоть до 5 атомов, что ведет к появлению заметных токов утечки. У обычных ПТ толщина диэлектрика достигает 1, 2 нм, а у новых транзисторов всего 5 атомов. Такой тонкий слой не очень контролируем, . При использовании нового диэлектрика его толщина может быть заметно увеличена (до 3 нм). Это резко (почти в сто раз) уменьшает токи утечки, что уменьшает рабочие токи транзисторов. Однако управляющее действие затвора сохранено, т. к. новый диэлектрик имеет повышенную ε. В целом новые ПТ обеспечивают уменьшение их размеров и повышение рабочих частот при одновременном снижении рабочих напряжений, токов и рассеиваемой мощности. Расчеты показывают, что плотность упаковки транзисторов в микросхеме возрастает в тысячи раз и они способны работать при рабочих напряжениях менее 1 В Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

53 Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы – нанотехнологии http: //science. compulenta. ru/420929/ Микрофотография нанопроволок из 53 Полупроводниковые приборы Полевые транзисторы – нанотехнологии http: //science. compulenta. ru/420929/ Микрофотография нанопроволок из арсенида галлия, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа. На врезке — полевой транзистор, каналом которого служит одна из таких проволок. Нанопроволока создана путем химического осаждения из газообразной фазы, что позволило избавиться от дефектов кристаллической решетки, снижающих подвижность носителей заряда. Канал был сформирован прямо на месте расположения будущего транзистора (ориентация проволок при этом определялась кристаллической структурой подложки); Диаметр «пробного» канала составил около 200 нм, однако авторы рассчитывают в будущем довести этот показатель до 5 нм Zn. O – мультифункциональный материал и полупроводник, имеющий широкую запрещённую зону. Наноматериалы из Zn. O, такие, как нанопровода, наностержни, наноленты, нанокольца обладают уникальными оптическими, полупроводниковыми и пьезоэлектрическими свойствами. Исследовательская группа из Института Микроэлектроники, возглавляемая проф. Занг Хейинг (Prof. Zhang Haiying, China), предложила оригинальную технологию известного вида «боттомап» ( «bottom-up» ) для дизайна и разработки нанотехнологических устройств. Применив методы традиционной контактной фотолитографии, китайские ученые использовали наностержни из Zn. O в качестве материала для канала транзистора и изготовили полевой транзистор типа металл-оксидполупроводник с оксидным истоком и металлическим стоком. Транзистор показал результаты, удовлетворившие разработчиков. Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

54 Применение ПТ: истоковый повторитель и источник тока Полупроводниковые приборы Истоковый повторитель. Источник тока. 54 Применение ПТ: истоковый повторитель и источник тока Полупроводниковые приборы Истоковый повторитель. Источник тока. Используется как отдельный компонент различных схемотехнических реализаций (например, параметрических стабилизаторов напряжения, в усилителях и т. д. ), требующих для своей работы маломощных источников тока. Использует горизонтальный участок выходной ВАХ. Ряд транзисторов при определенном значении R 1 имеют так называемую термостабильную точку, когда сила тока не зависит от температуры окружающей среды. Используется для согласования высокого выходного сопротивления источника сигнала (например, пьезоэлемента) с низким входным сопротивлением последующих цепей го усиления и обработки. Достоинства: малые входные токи утечек (порядка доли н. А), низкий уровень шума Аналогично схемам ОБ и ОЭ возможны и схемы включения с ОЗ и ОИ, однако схема с ОЗ на практике не применяется Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Применение ПТ: управляемый аттенюатор Основное назначение – регулирование коэффициента ослабления сигнала напряжением Полупроводниковые приборы Применение ПТ: управляемый аттенюатор Основное назначение – регулирование коэффициента ослабления сигнала напряжением а) Ограниченный диапазон: линеаризация – за счет внесения поправок в управляющее напряжение б) наличие шунтирующего диода в МОП ПТ требует применения симметрирования схемы Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 55

Полупроводниковые приборы Применение ПТ: аналоговый ключ Схема слева – простейший вариант. Диод исключает открытие Полупроводниковые приборы Применение ПТ: аналоговый ключ Схема слева – простейший вариант. Диод исключает открытие перехода. Схема справа – с повышенной симметрией. Помимо параллельного включения, возможно и последовательное включение ПТ Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 56

Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: *** Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: *** Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 57

58 Полупроводниковые приборы Силовые FET транзисторы: Горизонтальный канал, двойная диффузия ДМДП ПТ Эквивалентная схема 58 Полупроводниковые приборы Силовые FET транзисторы: Горизонтальный канал, двойная диффузия ДМДП ПТ Эквивалентная схема ДМДП / VМДП ПТ для анализа быстродействия Вертикальный канал VМДП ПТ Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

59 Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: MOSFET с n каналом Упрощенная эквивалентная схема n. MOП 59 Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: MOSFET с n каналом Упрощенная эквивалентная схема n. MOП ПТ Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: IGBT (Insulated Gate Bipolar Tr) Проблемы: наличие тиристорного эффекта (защелкивания) Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: IGBT (Insulated Gate Bipolar Tr) Проблемы: наличие тиристорного эффекта (защелкивания) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 60

Полупроводниковые приборы 61 Силовые транзисторы: SIT (Static Induction) ПТ Это мощный ПТ с управляющим Полупроводниковые приборы 61 Силовые транзисторы: SIT (Static Induction) ПТ Это мощный ПТ с управляющим p n переходом. Как и MOSFET, имеет вертикальную структуру. Число каналов (цилиндры) выполняют роль затвора. Их число может быть до 1 тыс. и более. Имеют менее насыщенную выходную ВАХ из за отстутствия полного перекрытия каналов Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: Формы ВАХ А – MOSFET вых, Б, В SIT Алт. Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: Формы ВАХ А – MOSFET вых, Б, В SIT Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 62

63 Силовые IGBT транзисторы: конструктивные реализации Полупроводниковые приборы *** Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. 63 Силовые IGBT транзисторы: конструктивные реализации Полупроводниковые приборы *** Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

64 Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: паразитные элементы *** Вверху – MOSFET, внизу – IGBT 64 Полупроводниковые приборы Силовые транзисторы: паразитные элементы *** Вверху – MOSFET, внизу – IGBT (слой n+ eу стока заменен слоем p у коллектора) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Гибридные IGBT транзисторы Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Полупроводниковые приборы Гибридные IGBT транзисторы Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 65

Полупроводниковые приборы 66 Силовые транзисторы: области применимости * ПТ – это п/п/п, содержащий электрически Полупроводниковые приборы 66 Силовые транзисторы: области применимости * ПТ – это п/п/п, содержащий электрически управляемый проводящий канал одного и того же типа проводимости. Англоязычный аналог – FET (field effect transistor) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Силовые ППП: области применимости *** Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника Полупроводниковые приборы Силовые ППП: области применимости *** Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 67

68 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets Предельные параметры Обозн ачение Значен 68 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets Предельные параметры Обозн ачение Значен ие Ед. из м. Напряжение коллектор эмиттер VCE 1200 V Напряжение коллектор затвор, RGEM = 20 kΩ VCGR 1200 V Напряжение затвор эмиттер VGE ± 20 V Ток коллектора DC при T C=25°C Ток коллектора DC при T C=90°C Ток коллектора pulsed, t p = 1 ms при TC=25°C Ток коллектора pulsed, t p = 1 ms при TC=90°C IC 52 33 A 104 ICpulse A 66 Лавинная энергия одиночного импульса, IC=25 A, VCC=50 V, RGE=25 W, L=200μH, Tj=25°C EAS 65 m. J Мощность рассеивания при TC=25°C Ptot 300 TJ 55 + 150 °C Температура хранения Tstr 55 + 150 °C Термостойкость Rth. JC <=0. 42 o. Малое прямое падение напряжения o. Высокая скорость переключения o. Низкий остаточный ток o. Отсутствие эффекта защелкивания o. Нормированный лавинные параметры o. Напряжение VCE=1200 V o. Ток IC=52 A o. Корпус TO 218 AB W Рабочая температура Преимущества: K Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

69 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: основные параметры Параметр при Tj = 69 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: основные параметры Параметр при Tj = 25°C Обозна чение MIN TYP MAX Ед. изм Пороговое напряжение затвора, V GE = VCE, IC=0. 35 m. A VGE(th) 4. 5 5. 5 6. 5 V 2. 7 3. 2 3. 3 3. 9 3. 4 4. 3 Коллектор эмиттер напряжение насыщения, VGE=15 V, IC=25 A, Tj=25°C Коллектор эмиттер напряжение насыщения, VGE=15 V, IC=25 A, Tj=125°C Коллектор эмиттер напряжение насыщения, VGE=15 V, IC=42 A, Tj=25°C VCE(sat) Коллектор эмиттер напряжение насыщения, VGE=15 V, IC=42 A, Tj=125°C V Ток покоя, V CE=1200 V, VGE=0 V, Tj=25°C ICES 0. 25 m. A Ток утечки затвор эмиттер, V CE=0 V, VGE=25 V IGES 100 n. A Крутизна характеристики, VCE=20 V, IC=25 A gfs 8. 5 20 S Входная емкость Ciss 1650 2200 Выходная емкость Coss 250 380 Емкость обратного перехода Crss 110 160 Время задержки включения, VCC=600 V, VGE=15 V, IC=25 A, RGon=47Ω td(on) 75 110 Время нарастания, VCC=600 V, VGE=15 V, IC=25 A, RGon=47Ω tr 65 100 Время задержки выключения, VCC=600 V, VGE=15 V, IC=25 A, RGon=47Ω td(off) 420 560 Время спада, VCC=600 V, VGE=15 V, IC=25 A, RGon=47Ω tf 45 60 Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. p. F ns

70 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: основные зависимости Зависимость максимально допустимой рассеиваемой 70 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: основные зависимости Зависимость максимально допустимой рассеиваемой мощности от температуры корпуса: Температура перехода до 150°С Зависимость максимального тока коллектора от температуры корпуса: Температура перехода до 150°С Область безопасной работы: Iк=f(Iкэ) при различных длительностях одиночного импульса τp (D= τp /T) Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

71 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: предельные режимы П: П от Алт. 71 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: предельные режимы П: П от Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

72 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets (продолжение) П: П от Алт. 72 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets (продолжение) П: П от Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

73 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets (продолжение) П: П от Алт. 73 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets (продолжение) П: П от Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

74 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets (продолжение) П: П от Алт. 74 Полупроводниковые приборы IGBT – транзистор BUP 314: datasheets (продолжение) П: П от Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника.

Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 5: Задание: 1. 2. 3. 4. Снять семейство выходных Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 5: Задание: 1. 2. 3. 4. Снять семейство выходных и проходных ВАХ ПТ по схеме с ОИ Оценить основные параметры ПТ: Крутизну по затвору Крутизну по подложке (при ее наличии) Выходное динамическое сопротивление Сопротивление открытого канала Оценить максимально возможный уровень входного сигнала, ослабляемого без искажений Оценить коэффициент искажений входного сигнала как отношение размаха искаженного сигнала к размаху сигнала на основной гармонике 1. Что лежит в основе работы полевых Вопросы для самопроверки: транзисторов? 2. Разновидности полевых транзисторов, их Электронные приборы на основе нескольких р-п устройство и принцип работы. переходов 3. На какие типы подразделяются полевые 1. Что такое лавинный транзистор и каковы схемы его транзисторы с изолированным затвором? включения? 4. Какова полярность подачи напряжений на 2. Какими основными параметрами характеризуется полевые транзисторы, работающие в лавинный транзистор? активном режиме? 3. Какой вид имеет ВАХ лавинного транзистора? 5. Каковы основные параметры полевых транзисторов? 4. Что такое однопереходный транзистор и каковы схемы его включения? 6. Что такое полевой тетрод? 5. Какими основными параметрами характеризуется 7. Чем пороговое напряжение отличается от однопереходный транзистор? напряжения отсечки? 6. На чем основан принцип работы управляемых и 8. Вид выходной ВАХ для разных типов ПТ неуправляемых тиристоров? 9. Вид проходной (стокзатворной, 7. На какие виды подразделяются тиристоры? передаточной, управляющей) ВАХ для разных типов ПТ 8. Каковы основные параметры динистора? 10. Устройство, принцип работы и назначение 9. Каковы основные параметры тринистора? силовых FET и IGBT – транзисторов 10. Что такое симистор? Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 75

Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 5: вопросы по работе 1. В чем заключаются основные Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 5: вопросы по работе 1. В чем заключаются основные преимущества ПТ по сравнению биполярными транзисторами? 2. Объяснить схемы и порядок снятия различных семейств характеристик ПТ 3. Схема источника тока на ПТ 4. Что такое аттенюатор? 5. Какие особенности ПТ используются при его применении в качестве электрически управляемого аттенюатора? 6. Схема электрически управляемого аттенюатора на ПТ 7. Можно ли последовательный аналоговый ключ на ПТ использовать в качестве электрически управляемого аттенюатора? 8. В чем заключаются различия между аналоговыми ключами на ПТ последовательного и параллельного типов? 9. Схема последовательного аналогового ключа на ПТ 10. Схема параллельного аналогового ключа на ПТ 11. Принцип работы и основные характеристики устройств на основе ПТ: аттенюатора, ключей и стабилизаторов тока Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 76

Полупроводниковые приборы Лабораторная работа: исследование ПТ «Правильная» схема. Снятие Выходных ВАХ Снятие проходных ВАХ Полупроводниковые приборы Лабораторная работа: исследование ПТ «Правильная» схема. Снятие Выходных ВАХ Снятие проходных ВАХ Оценка нелинейности Аттенюатора Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 77

Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 5: вопросы по работе 1. В чем заключаются основные Полупроводниковые приборы Лабораторная работа № 5: вопросы по работе 1. В чем заключаются основные преимущества ПТ по сравнению биполярными транзисторами? 2. Объяснить схемы и порядок снятия различных семейств характеристик ПТ 3. Схема источника тока на ПТ 4. Что такое аттенюатор? 5. Какие особенности ПТ используются при его применении в качестве электрически управляемого аттенюатора? 6. Схема электрически управляемого аттенюатора на ПТ 7. Можно ли последовательный аналоговый ключ на ПТ использовать в качестве электрически управляемого аттенюатора? 8. В чем заключаются различия между аналоговыми ключами на ПТ последовательного и параллельного типов? 9. Схема последовательного аналогового ключа на ПТ 10. Схема параллельного аналогового ключа на ПТ 11. Принцип работы и основные характеристики устройств на основе ПТ: аттенюатора, ключей и стабилизаторов тока Алт. ГТУ. ВСИБ. Якунин А. Г. Электротехника и электроника. Часть 2. Электроника. 78