книги / Элементная база электроники
..pdfЭ Л Е М Е Н Т Н А Я Б А ЗА Э Л Е К ТР О Н И К И
п - р П |
frp < 3 Мгц - низкочастотные |
р - п - р |
|
|
э- ^ |
||
ТБ |
3 Мгц < Ггр< 30 Мгц - среднечастотные |
||
30 Мщ < frp< 300 Мгц Б - высокочастотные |
|
||
|
СВЧ, frp > 300 Мгц - сверхвысокочастотныс |
|
|
Ртах < 0,3 Вт - малой мощности |
0,3 < Pmax < 1,5 Вт - средней мощности |
||
|
Ртах > 1,5 Вт |
- большой мощности |
|
|
Рис. 2.12. Классификация биполярных транзисторов |
Б), а зависимость тока коллектора Ik от напряжения между коллек тором I k до напряжения между коллектором и эмиттером U кэ при постоянном токе базы 1б - его выходной, коллекторной характери стикой (рис. 2.13-В). Входная характеристика мало зависит от U ь и обычно приводят одну характеристику, для выходных при
водят несколько.
1*,мА
(А). Входная (Б) и семейство выходных (В) характеристик биполярного транзистора
Характеристики транзисторов сильно зависят от температуры. С увеличением температуры возрастает начальный коллекторный ток, увеличиваются усилительные свойства транзистора по току (коэффициент передачи по т о к у ) . В целях увеличения допустимой мощности транзистора, для предотвращения его перегрева транзи стор обычно монтируют на специальном радиаторе.
Связь между приращением эмиттерного и коллекторного тока определяется коэффициентом передачи тока:
а = * ^ Ч и к0 = const) = (0,9 - 0,995),
где а - меньше единицы, т.к. часть зарядов в области базы рекс^мбинирует, т.е. объединяется с носителем заряда противополож ного знака с образованием нейтральных атомов.
к = ко + а к » Ь, 1б =13- 1 к = (1 - ^ 1 э- 1 ко
Малый управляющий ток базы определил широкое использо вание схем с общим эмиттером (рис. 2.13-А).
Для анализа и расчета цепей с биполярными транзисторамиобычно используют h-параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, электрическое состояние такого транзи
стора определяется величинами 1б, U бэ, I k, U кэ |
Из практических |
|
соображений принимают в качестве независимых U. |
и 1 г , тогда: |
|
u I = F , ( I . ; U >I) ; . l = F ! (rt ;U„). |
‘ |
‘ |
Входные и выходные сигналы приращения д U 6з; д I k, поэто
му: |
|
|
4£,» - ^ " 4,<+^ |
- ди ь; |
|
|
dU, |
|
Д1. |
+ - ^ _ A U V |
|
db |
dU„ |
|
или |
|
|
Ди«ь = Ь1 ь Д1,+Ь1 Ь Диь ; |
||
ДУ = ^ 2Ь 'Д^б + ^ 22э ‘ Д^кэ |
||
h j|o - частные производные: |
||
Ьц, = ДУбз I Д16 |
при |
= const(AUra = 0); |
hi23 = д и бз / л и « |
при Jfl = const(Alf) = 0); |
|
h2l3 = Д1к / Д1б при Un = cons^AU^ = 0); |
||
h2b = Д1к / AU0 |
при I6 = const(Al6 =0); |
hM входное сопротивление транзистора:
h 1Ь - безразмерный коэффициент обратной связи по напряже нию:
h = 0,0002 - 0,002 - можно пренебречь;
h - безразмерная величина - коэффициент усиления транзи стора по базы (статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ);
h 22э - проводимость выходная транзистора при постоянном токе базы.
Параметры транзистора зависят от частоты переменного напря жения. Частота, при которой параметр h2b уменьшается до единицы, называется граничной частотой коэффициента передачи тока frp.
Условиями перегрева ограничивается мощность:
Р >1 -U —Р
r kmax ~ Ak ^ э “ г к*
Увеличение мощности возможно улучшением теплоотвода. Ог раничиваются максимальные напряжения и ток:
U K3 — ^ k m a x ’ ^k — ^kinax *
Приведем в качестве примера характеристики биполярных транзисторов КТ206А/8/:
Транзисторы кремниевые эпитаксиально-планарной структуры п-р-п усилительные предназначены для применения в усилителях и импульсных микромодулях герметизированной аппаратуры, бескорпусные с защитным покрытием и гибкими выводами. Тип при бора указывается на групповой таре.
Масса транзистора не более 0,002 г.
Изготовитель - акционерное общество «Светлана», г. Санкт-Пе тербург.
Электрические параметры Статический коэффициент передачи тока в схеме ОЭ при
U КБ = 1В,1К= 5мА................................................................. |
30...ОД |
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме ОЭ при
U КБ = 2В, 1К = 5мА, не менее |
10 МГц |
Обратный ток коллектора, не более: |
|
при U КБ = 20 В ...................................................................... |
1 мкА |
Обратный ток эмиттера, не более: |
|
при U ЭБ = 20 |
1 мкА |
Емкость коллекторного перехода |
|
при U кн = 5В, f = 10МГц, не более......... ........................... |
20 пФ |
Предельные эксплуатационные данные |
|
Постоянное напряжение коллектор-база |
20В |
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер |
|
при R БЭ<3 кОм:. |
20В |
Постоянное напряжение эмиттер-база:......................................... |
20В |
Постоянный ток коллектора |
.20мА |
Постоянная рассеиваемая мощность коллектора: |
|
при Т = -60...+55°С |
15 мВт |
при Т = +85°С .................................................... |
.................... 5 мВт |
Температура р-n перехода |
-60...+85°С |
2.4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ |
|
Полевой транзистор - прибор, в котором |
ток через канал уп |
равляется электрическим полем за счет приложения напряжения между затвором и истоком.
Канал - область прибора, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого в канал входят ос новные носители заряда, называют истоком, электрод, через кото рый уходят заряды - стоком. Электрод, позволяющий электричес ким полем регулировать поперечное сечение канала, называется затвором.
Полевые транзисторы изготавливают обычно из кремния и под разделяют на транзисторы с р-n переходом и транзисторы с изоли рованным затвором (рис. 2.14). Втранзисторах с р-n переходом пода ча запирающего напряжения на р-n переход между затвором и ка налом приводит к обеднению приграничных слоев канала носите лями зарядов, т.е. к фактическому уменьшению проводящей ши рины канала и повышению его общего сопротивления. Влияние этого напряжения U п отражено переходной характеристикой по левого транзистора.
________________ |
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ ______________ |
I С п - каналом | ^ |
С р каналом | |
|
тип затвора |
Рис. 2.14. Классификация и условные графические обозначения нолевых транзист оров
Зависимость тока стока I с от напряжения U зи при постоянном напряжении на затворе UJH определяют выходные (стоковые) ха
рактеристики (рис. 2.15), почти аналогичные выходные характери стикам биполярных транзисторов.
Ток утечки затвора 13 очень мал ( 108...10’7 А), т.к. при U 3H<0 р-n переход между затвором и каналом закрыт, и обычно током утеч ки пренебрегают.
Б
о
Рис. 2.15. Семейство выходных (А) и переходная (Б) характеристики полевого транзистора с каналом п-типа
В полевом транзисторе с изолированным затвором между ме таллическим затвором и каналом находится тонкий слой диэлек трика ( МДП-транзисторы - металл-диэлектрик-полупроводник). В МОП-транзисторах (металл-окисел-полупроводник) в качестве диэлектрика обычно используют окись кремния.
Изолированный затвор позволяет работать в области положи тельных напряжений на затворе U w > 0, в которой происходит рас ширение канала и увеличение тока стока 1с.
Основные параметры полевых транзисторов: Крутизна переходной характеристики S:
S = dl /dU при U = const.
Дифференциальное сопротивление стока (канала) на участке насыщения:
„ AUfH
R = —— при и ,и = const dlc
В качестве примера приведем характеристики полевого транзис тора 2П310А /8/
Транзисторы кремниевые и диффузионно-планарные полевые с изолированным затвором и каналом n-типа предназначены для применения в приемно-передающих устройствах свер^высокочастогного диапазона. Выпускаются в металлостсклянном корпусе с
гибкими выводами. На торцевую поверхность баллона каждого тран зистора наносится красная точка.
Масса транзистора не более 0,7 г. Изготовитель - НПП «Восток», г. Новосибирск.
|
|
Электрические параметры. |
|
|
|
|
|
Коэффициент шума на частоте f = 1 ГГц при |
|
|
|
|
|||
и г |
=5В,Т |
= 5мА:..... .................................... |
|
|
|
|
|
СИ |
|
|
|
|
|
|
|
5...6 дБ |
|
|
|
|
|
|
|
Коэффициент усиления по мощности на частоте f = 1 ГГц при |
|||||||
U CH= 5B ,IC |
= 5 мА .................... |
,..................................... 5... |
7 дБ |
||||
Крутизна характеристики при |
3 |
|
6мАУВ |
||||
U CM= 5B, 1С= 5 мА, f=50... |
1500 Гц: Т = +25°С |
|
|||||
типовое значение.................................................................... |
|
|
|
4мА/В |
|||
Т=-60°С |
|
|
1,5... |
|
6 мА/В |
||
типовое значение................................................................. |
|
|
4,2мА/В |
||||
Т=+125°С ................................................................... |
|
|
1,5... |
4,7мА/В |
|||
типовое значение................................................................. |
|
|
3,5мА/В |
||||
Начальный ток стока при U си = 5В, U 3H= 0: |
|
|
|
|
|||
Т = +25 ° С ......................................................................... |
|
|
0,35... |
5мА |
|||
типовое значение............................. |
|
|
|
0,1 мА |
|||
Т = -60 °С, не более.. |
|
|
|
|
15мА |
||
Т = +125 °С, не более....................................................................... |
|
Г |
|
|
8мА |
||
Остаточный ток стока при UCH= 5B,U си = -5В........ |
100 мкА |
||||||
типовое значение................................................................... |
|
|
|
10 мкА |
|||
ток утечки затвора при U зи=-10 В |
10 4 ... |
3 нА |
|||||
типовое значение........................................ |
|
|
|
|
1 нА |
||
Входная емкость при U CH=5B, U зи =0, |
1,4 |
2,5 пФ |
|||||
f= |
10 М Гц........................................................................ |
|
|
||||
типовое значение................... |
|
|
|
1,8 пФ |
|||
Проходная емкость при UCH= 5В, U зи =0, |
|
|
|
|
|||
f= 10 М Гц.......................... |
............................................. |
|
0,2... |
0,5 пФ |
|||
типовое значение........................................................................... |
= 5В, TJL.. = -1 В, |
|
|
|
0,3пФ |
||
Выходная емкость при UrH |
|
|
|
|
|||
f= |
10 МГц |
|
|
|
1,2... |
2 пФ |
|
типовое значение......................................................................... |
|
|
|
|
1,4пФ |
||
|
|
Предельные эксплуатационные данные |
|
|
8 В |
||
Напряжение сток-исток |
|
|
|
|
|||
Напряжение затвор-сток........................................................... |
|
|
|
|
10В |
||
Напряжение затвор-исток......................................................... |
|
|
|
|
10В |
||
Ток стока.................... |
|
|
|
|
|
20мА |
Постоянная рассеиваемая мощность 51 |
|
при Т = -60...+ 125 ° С .......................................................... |
80 мВт |
Температура окружающей среды........................... |
-60...+ 125 ° С |
Минимальное расстояние места изгиба выводов от корпуса тран зистора 3 мм, радиус изгиба не менее 1,5 мм.
Пайка выводов транзистора допускается не ближе 3 мм от кор пуса. Пайку производить отключенным от сети паяльником мощ ностью не более 60 Вт. В момент пайки все выводы транзистора должны быть закорочены. При работе с транзисторами необходи мо принимать меры по их защите от статического электричества.
Полевые транзисторы могут работать на частотах до несколь ких сотен мегагерц, применяют в усилительных каскадах с высо ким входным сопротивлением, в ключевых и логических схемах.
2.5. ТИРИСТОРЫ Тиристор - полупроводниковый прибор с тремя или более р-п
переходами, в вольт-ампернбй характеристике которого имеется участок отрицательного дифференциального сопротивления. Ма териал тиристоров - обычно кремний (рис.2.16).
Рис. 2.16. Классификация и условные графические обозначение тиристоров
1В диапазоне температур +25...+125 °С мощность рассчитывается по формуле Р макс = 80 - 0,55(1-25° С), мВт,
где t °С - температура окружающей среды при эксплуатации прибора.
Диодный тиристор - динистор имеет 2 вывода. Триодный тирис тор - тринистор имеет третий управляющий электрод.
Тиристоры имеют четырехслойную структуру с тремя р-n пере ходами.
Центральный переход обычно закрыт, и к нему приложено все напряжение питания. Включение тиристора происходит при кри тическом напряжении U вкл которое приводит к лавинообразно му размножению движущихся зарядов в закрытом до этого пере ходе-(рис. 2.17-Б).
Рис. 2.17. Вольт-амперные характеристики, симметричного (А) и несимметричного
(Б) тиристоров
Происходит переключение тиристора, напряжение снижается до 0,5-1В, ток в приборе нарастает в ^соответствии с вертикаль ным участком вольтамперной характеристики. При уменьшении тока восстанавливается высокое сопротивление центрального пе рехода, время восстановления после снятия напряжения обычно 1030 мкс.
Напряжение U ^ может быть снижено введением неосновных носителей заряда в любой из слоев, прилегающих к центральному закрытому переходу. Эти добавочные носители заряда увеличива ют число актов ионизации атомов в переходе, в связи с чем напря жение включения UBKJI уменьшается.
Добавочные носители заряда вводятся через управляющий элек трод триодного тиристора от независимого источника питания (рис. 2.17-Б). Ток управления на несколько порядков ниже^основного тока тиристора.
В симметричных тиристорах открывание происходит в прямом
и в обратном направлениях (рис. 2.17-А). Это достигается встречно параллельным включением двух одинаковых четырехслойных струк тур. В несимметричных тиристорах при подаче обратного напря жения возникает небольшой ток. Во избежание пробоя тиристора в обратном направлении необходимо, чтобы обратное напряжение
было меньше U -
оор.тах
Промышленность выпускает тиристоры на токи 1-2000 А и на пряжение 100-4000 В. Тиристоры широко применяют в управляе мых выпрямителях, инверторах, регуляторах сварочного тока.
Основные параметры различных видов тиристоров приведены в ГОСТ 20332-84 «Тиристоры. Термины, определения и буквенные обозначения параметров»:^ jCDmmt - максимально допустимый сред
ний |
ток в открытом состоянии ; 1^ л та - максимально д о п у с т и |
м ы й |
действующий ток в открытом состоянии (для симисторов); |
1^ - запираемый и м п у л ь с н ы й т о к (для запираемых тиристоров); _1ос и - повторяющийся импульсный ток в открытом состоянии: наи большее мгновенное значение тока в открытом состоянии тиристо ра, включая все повторяющиеся переходные токи; - повторя ющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии: наиболь шее мгновенное значение напряжения в закрытом состоянии, при кладываемого к тиристору, включая только повторяющиеся пе реходные напряжения; U cmnx -максимально допустимое постоянное напряжение в закрытом состоянии: - наименьшее значение прямого напряжения , необходимое для переключения динистора из закрытого состояния в открытое; U бр , - повторяющееся им пульсное обратное напряжение: наибольшее мгновенное значе ние обратного напряжения, прикладываемого к тиристору, вклю чая только повторяющиеся переходные напряжения: U^pmax - мак симально допустимое постоянное обратное напряжение : 1^ улрудар ный неповторяющийся ток в открытом состоянии : наибольший импульсный ток в открытом состоянии, протекание которого вы зывает превышение максимально допустимой температуры пе рехода, но воздействие которого за время службы тиристора пред полагается редким, с ограниченным числом повторений; 15^ м - им
пульсное напряжение в открытом состоянии: наибольшее мгно венное значение напряжения в открытом состоянии, обусловлен ное импульсным током в открытом состоянии заданного значения; - постоянное напряжение в открытом состоянии: 1^ п - повторя ющийся импульсный ток в закрытом состоянии : импульсный ток в закрытом состоянии, обусловленный повторяющимся напряжени-
ем: I - постоянный ток в закрытом состоянии: J o(.pn - повторяю щийся импульсный обратный ток : импульсный обратный ток, обус ловленный повторяющимся импульсным обратным напряжением; 1рбР ~ постоянный обратный ток ; 1^о1 - отпирающий постоянный ток управления: наименьший постоянный ток управления, необхо димый для включения тиристора; U - отпирающее постоянное напряжение управления : напряжение управления, соответствую щее 1уот; 1у от| - отпирающий и м п у л ь с н ы й т о к управления:
отпирающее импульсное напряжение управления : Д h - запираю щий импульсный ток управления : наименьший импульсный ток управления, необходимый для выключенйя тиристора; Ц, з ь - запи рающее импульсное напряжение управления: скорость нарастания тока в открытом состоянии : - критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии: наибольшее значение скорости нарастания напряжения в закрытом состоянии, которое не вызыва ет переключения тиристора из закрытого состояния в открытое; критическая скорость нарастания коммутационного напряжения: наибольшее значение скорости нарастания основного напряжения, которое непосредственно после нагрузки током в открытом состоя нии в противоположном направлении не вызывает переключения
симистора из закрытого состояния в открытое; |
1вкл-время включе |
||
ния: |
- время нарастания: tBijKjl - время выключения: |
- макси |
|
мально допустимая частота следования тока: |
R - тепловое со |
противление переход-корпус: R - тепловое сопротивление переход-среда.
ГЛАВА 3 МИКРОСХЕМЫ
Комплектующее изделие, созданное на основе принципов эле ментной интеграции - объединение в одном сложном миниатюрном элементе многих простейших (резисторов, диодов, транзисторов
ит.д.), называют интегральной микросхемой (ИМО.
Всоответствии с терминологией в микроэлектронике согласно ГОСТ 17021-88: Интегральная микросхема - микроэлектронное из делие, выполняющее определенную функцию преобразования, об работки сигнала и (или) накапливания информации и имеющее вы
сокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуата ции рассматривается как единое целое.