Главная  Интегральный монолит 

[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [ 12 ] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

где показатель т принимает значения, уже обсуждавшиеся в Связи с уравнением (2-9). Дополнительным механизмом пробоя в транзисторе является так называемый прокол базы. В узкой и слаболегированной базовой структуре обедненный слой коллектора может простираться через всю базовую область до эмиттера, образуя таким образом путь для тока между коллектором и эмиттером. Прокол базы - преобладающий механизм пробоя в супер-р транзисторах, которые будут рассмотрены ниже.

Согласование характеристик прибора

Абсолютные величины разбросов параметров интегральных приборов, вообще говоря, больше дискретных. Однако монолитные элементы намного превосходят дискретные приборы по степени согласования параметров прибора.

В табл. 2-1 приведены типичные диапазоны значений величин Ро, [/бэ и обратного напряжения пробоя база - эмиттер t/эб для интегральных п-р-п транзисторов, а также значения абсолютной и относительной величины разбросов и их температурные коэффициенты. Во всех случаях значения разбросов и температурных коэффициентов соот- ветствугот средним значениям параметров транзистора, т. е. p«;100, t/69«0,65 и С/эбо«7 В.

Частотная зависимость

Для малых сигналов частотная зависимость параметров биполярного транзистора может быть аппрок-

Комлектор о


Эмиттер

Рис. 2-10. Эквивалентная схема интегрального транзистора для малых сигналов.

симирована П-образной эквивалентной схемой, показанной на рис. 2-10. В эквивалентной схеме параметры Гб, С„. и Го являются паразитными величинами, присущими основной биполярной транзисторной структуре. Величина Гб определяется сопротивлением базовому току от базового контакта к активной базовой области по направлению к эмиттеру, а Ск является емкостью перехода коллектор - база. Она зависит от площади 5б перехода коллектор- база и от обратного смещения f/кб. Предполагая, что концентрация примесей в коллекторной области постоянна, выражение для Ск можно представить в следующем виде:

2-12)

где г - диэлектрическая постоянная; Лк - концентрация примесей в коллекторной зоне; 5б - площадь перехода коллектор - база.

Выходное сопротивление /"о транзистора в схеме с общим эмиттером обусловлено модуляцией ширины базы. Последовательное коллекторное сопротивление Гк и емкость коллектор - подложка Скп - два дополнительных паразитных элемента, определяемых в основном

Таб.пиаа 2-1

Типичные значения параметров и допусков для монолитных п-р-п транзисторов

Параметр прибора

Типичный диапазон значений

Абсолютная величина раэфоса

Разброс отно-Еиений величин

Температурный коэффициент

Величдаа тем11ерат>рного коэффициента разности

величин

50-200 0,6-0,7 в 6-9 в

Ч-200/о

-1-20 мВ -1-200 мВ

±5% -f 1 мВ -1-25 мВ

-f5-l0-= "С- -2 мВ-С-» -Ь{2-6) мВ-*С->

4-5-10-* С- -МО мкВ-»С- Т200 мкВ.-С->



особенностями интегральной структуры транзистора (см. рис. 2-2).

Крутизну характеристики прибора St можно выразить как

5/к а/э

дивэ дУбэ

Динамическое сопротивление перехода база -эмиттер связано с током прямого смещения /э следующим соотношением:

Полная эффективная емкость перехода эмиттер - база может быть представлена как

C = Ct + Ca, (2-15)

где Cd - эмиттериая диффузионная емкость, соответствующая заряду в базовой области, а Ct - емкость перехода эмиттер - база. Последняя аналогична емкости перехода коллектор- база и может быть выражена как

С, = 5з/, (2-16)

где Sg - площадь перехода эмиттер-база; Ыб - концентрация примеси на базовой стороне перехода эмиттер - база; t/j-общее напряжение на переходе.

Частотная зависимость усиления по току а для схемы с общей базой может быть аппроксимирована функцией однополюсника:

а(ш)=., , , (2-17)


-б дБ/акт

где я = 2it/ известна как частота среза. Поскольку усиление потоку в схеме с общим эмиттером срязано с а уравнением (2-3), частотная зависимость р может быть в первом приближении выражена как

(-)-1а-1-ь/£/р„<о,)- (2-18)

Однако в случае ступенчатой базовой транзисторной структуры выражение усиления в схеме с общим эмиттером, полученное из эксперимента, содержит дополнительный фазовый сдвиг по сравнению с уравнением (2-18). Этот эффект «избыточной фазы» можно учесть в уравнении для Р(сй) при помощи эмпирического фазового множителя, представив (2-18) в виде

а)/со„ 1 + j ((u/S„CD„)

(2-19)

Рис,2-11. Частотная зависимость усиления транзистора по току.

где т0,4 для интегральных транзисторов.

На рис. 2-11 показан график зависимости Р(сй) в логарифмическом масштабе.

Частота, при которой усиление по току в схеме с общим эмиттером достигает единицы, известна как щирина полосы пропускания"транзистора. Можно показать, что от связана с следующим соотношением:

«ь-г--~т-т- (2-20)

Поскольку j3(o)) падает со скоростью 6 дБ/окт, на высоких частотах выражение запишется следующим образом:

Шр=.(а>,/.6„). (2-21)

Обычно Ют измеряется на базовой клемме при наличии источника на входе и при заземленном по переменному току коллекторе. Тогда, пользуясь эквивалентной схемой рис. 2-10 и пренебрегая Гк, получаем:

{От ;

(С„-ЬСк)г„-



Таким образом, для случая, когда величина Ют транзистора известна при данном уровне смещения, емкость база - эмиттер (рис.

2-10) можно вычислить как

C.-(-r)(i)-<- (2-23)

На рис. 2-12 показан типичный ход характеристики /т при малых сигналах для интегрального п-р-п транзистора. Уменьшение /т при малых токах происходит чаще всего из-за действия емкости перехода эмиттер - база Ct. Спад при высоких значениях тока обусловлен эффектами вытеснения эмиттерного тока и модуляцией проводимости в базовой области. Ниже показаны значения параметров для аналоговой транзисторной структуры, изображенной на рис. 2-3 и 2-4 при малых сигналах. Типичные значения элементов эквивалентной схемы интегрального транзистора (рис. 2-3 и 2-4): Гб = 50; Гк<100; Го==100К (при /„=1 мА, (7„э=5 В); Ск= =0,6 пф Сг=1,2 пФ; С„п=2 пФ (при обратном смещении 3 В). Другим возможным показателем, характеризующим высокочастотные свойства транзистора, является частота, при которой усиление по мощности транзистора падает до единицы. Это значение известно как максимальная частота генерации прибора fwaKc- В случае биполярного транзистора она связана с fi следующим выражением:

(2-24)

У большинства транзисторов [макс больше fl. Для обычных интегральных транзисторов (см. рис. 2-3) значения fi и [макс соответственно порядка 400 и 900 МГц.

Транзисторы с тонкой базой (транзисторы супер-Р)

В некоторых аналоговых схемах, таких, как входной каскад операционного усилителя, необходимы

0,001 0.01

Рис. 2-12. Типичная зависимость величин Ь от коллекторного тока интегрального п-р-п транзистора.

очень высокий входной импеданс и низкое значение входного тока. Для таких применений величина Ро обычного интегрального п-р-п транзистора оказывается недостаточной, так как конструкция прибора требует компромисса между усилением по току и требованиями к напряжению пробоя (см. рис. 2-11).

Увеличение Ро возможно за счет улучшения коэффициента переноса базы р* (см. рис. 2-5 и 2-8). Этого можно достигнуть, используя очень

тонкую базу (и?б = 2500А). Однако пробивное напряжение коллектор - эмиттер такого прибора ограничено 2-3 В из-за так называемого прокола базы. Для транзисторов с тонкой базой, или супер-р, типичные значения Ро от 2000 до 5000 при уровне коллекторного тока 20 мкА и [/кэ=0,5 В. Выходное сопротивление Го такого транзистора ниже, чем п-р-п транзистора, благодаря чрезмерному эффекту модуляции ширины базы.

При канструироваиии схем транзисторы с тонкой базой часто используются вместе с обычными интегральными транзисторами, которые могут обеспечить необходимое защитное напряжение. На рис. 2-13 показана комбинация транзистора с тонкой базой и горизонтального р-п-р транзистора, где диод база - эмиттер р-п-р ограничивает колебания напряжения на первом транзисторе на уровне ниже напряжения пробоя. Таким



[0] [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [ 12 ] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19] [20] [21] [22] [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31] [32] [33] [34] [35] [36] [37] [38] [39] [40] [41] [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] [73] [74] [75] [76] [77] [78] [79] [80] [81] [82] [83] [84]

0.0015