Особенности лавинных транзисторов

March 6, 2012 by admin Комментировать »

В 70-х годах XX века широкую известность получили лавинные транзисторы — приборы уникальные по физическим свойствам и рекордно высокому быстродействию импульсных схем на них, которое (что встречается очень редко) у таких устройств сочетается с высокими уровнями рабочих напряжений и токов. Кроме того, биполярные лавинные транзисторы имеют легко управляемые как S-образные, так и N-образные ВАХ (рис. 2.12) [21, 26, 30, 73]. Вполне возможно оптическое управление всеми этими ВАХ путем освещения структуры лавинных транзисторов.

Рис. 2.12. Схемы включения лавинного транзистора и соответствующие им семейства БАХ: а — со стороны коллектора, б — со стороны эмиттера и в — со стороны базы

Падающие участки ВАХ (рис. 2.12) были давно обнаружены еще у точечных транзисторов и были связаны были с присущей таким транзисторам внутренней положительной обратной связью в условиях, когда коэффициент передачи тока эмиттера а> 1. Однако у точечных транзисторов этот механизм был очень инерционный.

У лавинных транзисторов ВАХ с падающими участками возникают вследствие увеличения биполярного транзистора аъ Мраз, происходящего вследствие лавинного умножения носителей в коллекторном переходе при достаточно большом напряжении Uна нем. Сам по себе механизм лавинного умножения практически безынерционный.

Для расчета Л/может использоваться выражение, известное, как формула Миллера:

где п=6 для п+-р и п=3 для германиевых/>+-и-переходов, и п=2 и 3,5 для кремниевых переходов п +-р ир+-п. Из этого выражения вытекает, что М чуть больше 1 при малых U, но М—о при напряжении U, стремящемся к напряжению лавинного пробоя коллекторного перехода UM.

Заметим, что работа в условиях развитого лавинного пробоя (при очень больших М) характерна для таких давно известных и массовых приборов, как кремниевые стабилитроны. Это одни из самых надежных приборов. Уже одно это опровергает предрассудки о низкой надежности транзисторов в лавинном режиме работы. Тем более в связи с тем, что для работы лавинных транзисторов развитый лавинный пробой не характерен и значения Мвполне конечны.

Из условия аМ= 1, при М, заданном выражением (2.19), можно найти нижнюю границу напряжения, характерного для работы транзистора в лавинном режиме. Это напряжение пробоя при обрыве базы:

Это напряжение обычно составляет (в зависимости от а) от 0,2 до 0,5 от Uu. Таким образом, при

транзистор имеет значения аМ> 1 и ведет себя формально, как точечный транзистор, имеющий а>1 и вольт-амперные характеристики, показанные на рис. 2.12.

Однако, поведение биполярного транзистора в лавинном режиме, при построении на его основе релаксационных схем, резко отличается от поведения точечного транзистора, да и того же биполярного транзистора в обычном режиме. Необычность заключается в резком повышении скорости включения транзистора порою в сотни и тысячи раз в области больших напряжений и токов. Именно это и открывает возможность генерации коротких импульсов с временами нарастания до 1 не и менее с помощью очень простых релаксационных схем. При этом важно, чтобы средняя мощность рассеивания транзистора не превышала допустимую. Если этого не предусмотреть, то выход транзистора из строя может произойти в доли секунды из-за возникновения теплового пробоя.

Причины аномально высокого быстродействия транзисторов (особенно кремниевых п-р-п-п+ планарно-эпитаксиальных) в лавинном режиме кроются во впервые обнаруженном и объясненном в книге [21] ив серии статей [31-38] эффекте расширения области объемного заряда (ООЗ) коллекторного перехода при росте коллекторного тока вглубь базы — вплоть до динамического смыкания с эмиттером. Этот эффект происходит при больших токах коллектора и коэффициенте лавинного умножения М, превышающем некоторое вполне умеренное критическое значение М . При этом заряд вторичных носителей превышает заряд первичных носителей, и ООЗ коллектора расширяется, а не сужается, как в обычном режиме работы транзистора (последний эффект назван эффектом Кирка и снижает быстродействие транзисторов в области больших токов [89]).

Использующие этот эффект транзисторы были названы лавинными транзисторами с ограниченной областью объемного заряда — ЛТОООЗ. Ктаким транзисторам относятся серийные советские германиевые р-п-р-р+ специальные лавинные транзисторы серии ГТ338, зарубежные кремниевые лавинные транзисторы фирмы Zetex и большинство кремниевых п-р-п-п+ обычных транзисторов, используемых в лавинном режиме [73].

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты