Разновидности биполярных транзисторов

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество биполярных транзисторов различных типов и разного назначения. Подавляющее большинство транзисторов изготовляется из кремния и имеет структуру п-р-п - типа. Обычно транзисторы классифицируют по допустимой рассеиваемой мощности, предельной частоте и назначению.

По мощности транзисторы подразделяют на три группы. К транзисторам малой мощности относят приборы с рассеиваемой мощностью менее 0,3 Вт. К транзис­торам средней мощности относятся транзисторы с рассеиваемой мощностью от 0,3 до 1,5 Вт. Для транзисторов большой мощности рассеиваемая мощность пре­вышает 1,5 Вт.

В каждой из трех групп транзисторы подразделяются на низкочастотные ( 3 МГц), транзисторы средней частоты (3 МГц 30 МГц), высокочастот­ные (30 МГц 120 МГц) и транзисторы диапазона СВЧ ( 120 МГц). Для низкочастотных транзисторов характерны большая емкость переходов (10-100 пФ) и время рассасывания (порядка 1 мкс). Для высокочастотных транзисторов характерны малая площадь переходов, малая толщина базы и малое время жизни неосновных носителей заряда. Барьерные емкости этих транзисторов не превышают 10 пФ, время рассасывания составляет доли микросекунды. Как правило, высокочастотные транзисторы являются дрейфовыми. Сверхвысокочастотные транзисторы отличаются рядом структурных и конструктивных особенностей. Толщина базы этих транзисторов составляет 0,1-0,3 мкм, ширина эмиттера — около 1 мкм, расстояние от края эмиттерной области до базового контакта — около 0,4 мкм. При этих условиях барьерные емкости составляют десятые доли пикофарады, а граничная частота достигает 10 ГГц. Транзисторы с повышенной граничной частотой характеризуются пониженными рабочими напряжениями и токами, малыми значениями отдаваемой высокочастотной мощности и допустимой рассеиваемой мощности. Как показали исследования, граничная частота f_гр и отдаваемая мощность Р связаны между собой соотношением Pf_гр, = const, из которого следует, что повышение граничной частоты при заданном уровне технологии связано с неизбежным уменьшением отдаваемой мощности. Современная технология позволяет создавать транзисторы с граничной частотой 10 ГГц при отдаваемой мощности 1 Вт.

При разработке мощных биполярных транзисторов помимо задач, которые встречаются при создании маломощных транзисторов, приходиться решать также и ряд других проблем. Эти проблемы связаны с явлениями, возникающими при протекании больших токов в цепи коллектора и высокими рабочими напряжениями. Для обеспечения больших токов в транзисторах необходимы большие площади эмиттера и коллектора и увеличит ширину базовой области транзистора. Однако все это увеличивает паразитные емкости переходов, ухудшает частотные и усилительные свойства транзистора.

Одним из способов решения этой проблемы является создание многоэмиттерных транзисторов, содержащие большое число узких длинных эмиттерных полосок, между которыми расположены выводы базы, объединенные общим базовым выводом. Все эмиттеры располагают внутри одной базовой области, а их выводы объединяют общим эмиттерным выводом. Для хорошего теплоотвода кристалл мощного транзистора устанавливают на массивное металлическое основание корпуса, которое в ряде случаев имеет специальный радиатор. В таких транзисторах при допустимом коллекторном напряжении более 100 В и токе коллектора более 50 А позволяют в диапазоне частот до 30 МГц получить в нагрузке мощность порядка 175-200 Вт. Однако коэффициент усиления по току таких транзисторов остается сравнительно низкой

В настоящее время широко используются для создания мощных транзисторов с высокими значениями коэффициента усиления составные транзисторы (схема Дарлингтона), которые состоят из двух транзисторов (рис. 7.9, а). Можно показать, что коэффициент передачи тока базы β составного транзистора определится равенством β = β₁ β₂, где β₁ и β₂ – коэффициенты передачи тока базы соответственно транзисторов Т₁ и Т₂. Обычно в составном транзисторе транзистор Т₁ выполняют маломощным, но с большим коэффициентом усиления, а транзистор Т₂ – мощным. Таким образом, можно обеспечить достаточно большое усиление тока при высокой выходной мощности.

Для обеспечения надежной работы составного транзистора его схема дополняется двумя резисторами и диодом (рис 7.9,б). Резисторы R₁ и R₂ повышают быстродействие его работы, а диод защищает от перегрузки,

а) б)

Рис.7.9. Схематическое изображение составного транзистора.

обеспечивая протекание тока от эмиттера к коллектору при запертых транзисторах.

Контрольные вопросы.

1. Какие факторы влияют на частотные свойства биполярных транзисторов?

2. Как зависит коэффициенты передачи тока базы α и тока эмиттера β от частоты?

3. Дайте определения предельной, граничной и максимальной частоты усиления биполярного транзистора.

4. В какой схеме включения транзистора (ОБ или ОЭ) выше предельная частота усиления по току, во сколько раз и почему?

5. Построить векторную диаграмму токов транзистора и пояснить ее изменение с ростом частоты.

6. Какими способами можно улучшить частотные свойства биполярных транзисторов?

7. Дайте определение ключевого режима работы биполярного транзистора.

8. Какие процессы в транзисторе называются переходными?

9. Нарисуйте эпюры напряжения на коллекторе и тока коллектора при воздействие на входе транзистора в схеме с ОЭ импульса напряжения прямоугольной формы.

10. Что такое время включения и время выключения транзистора при его работе в импульсном режиме?

11. Как устроены дрейфовые транзисторы?

12. Что такое фактор поля?

13. Какие положительные факторы возникают в дрейфовых транзисторах по сравнению с бездрейфовыми?

14. Как решаются проблемы при разработке мощных биполярных транзисторов?

Дата добавления: 2015-05-06