Характеристики биполярного

В биполярных транзисторах используются два р-я-перехода. Электрические характеристики биполярных транзисторов определяются взаимодействием этих переходов. В полевых транзисторах применяются полупроводники с различными

Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов. Зависимость между током и напряжением во входной цепи транзистора /6=/i(t/63) называют входной или базовой характеристикой транзистора. Зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и эмиттером при фиксированных значениях тока базы /к==/2(^кэ)/б=СОП5{ называют семейством выходных (коллекторных) характеристик транзистора.

Как и у полупроводниковых диодов, вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов существенно зависят от температуры и с увеличением ее смещаются влево.

Частотные характеристики биполярных фототранзисторов значительно хуже частотных характеристик фотодиодов, т. е. граничная частота /гр значительно ниже и составляет обычно несколько килогерц. Это объясняется наличием большой емкости эмиттер-ного перехода. Параметры биполярных фототранзисторов, так же как фотодиодов, сильно зависят от температуры.

Параметры МДП-транзисторов менее чувствительны к изменению температуры, чем параметры биполярных транзисторов. Физическая причина этого отличия состоит в том, что в МДП-транзисторе используются основные носители заряда, концентрация которых в диапазоне рабочих температур практически постоянна. Характеристики МДП-транзисторов зависят от электрофизических параметров полупроводника в меньшей степени, чем характеристики биполярных транзисторов. Для последних большое значение имеют концентрация неосновных носителей и их время жизни, обе величины сильно зависят от температуры.

Как и у полупроводниковых диодов, вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов существенно зависят от температуры и с ее увеличением смещаются влево.

Перед тем как рассматривать какие-нибудь схемы, оценим сначала диапазон параметров ПТ (таким как /СИнан и Un), а также их «разброс» среди приборов одного типа с целью получения более полного представления о ПТ. К сожалению, многие характеристики ПТ имеют разброс намного больше, чем соответствующие характеристики биполярных транзисторов,-факт, который проектировщик должен помнить. Например, в паспорте на VN 01 (типичный и-канальный МОП-транзистор) оговорено, что Un может составлять от 0,8 до 2,4 В (при /с = 1 мА), в сравнении с тем, что аналогичный параметр биполярного w/w-тран-зистора, иг>-, имеет разброс от 0,63 до

Таблица 1. Характеристики биполярных транзисторов технологии H2BIP

В справочнике, как правило, не приводятся выходные характеристики биполярных транзисторов ввиду их однотипности и возможности построения по приводимым данным.

Для биполярных транзисторов время пролета носителей в базе, определяемое ее шириной, и раньше было достаточно малым. Путем сужения ширины эмиттера была уменьшена емкость слоя объемного заряда эмиттерного перехода и тем самым сокращено время заряда и разряда эмиттерного перехода, а методом самосовмещения было уменьшено сопротивление базы. Это позволило улучшить характеристики биполярных транзисторов. В частности, разработан прибор, у которого величина произведения «временная задержка — мощность» приближается к 0,01 пДж.

Интересно сравнить характеристики биполярных и МОП-транзисторов. На 1.1, представлены зависимости временной задержки для некоторых типов вентильных схем от ширины эмиттера биполярного транзистора при толщине базы 0,2 мкм или от длины канала МОП-транзистора. В этом примере нагрузочная способность вентильных схем приведена к единице, поэтому необходимо обратить внимание на то, что для МОП-транзисторов временная задержка увеличивается примерно пропорционально количеству нагрузочных выходов. Как видно из рисунка, временная задержка логического вентиля с эмиттерной связью (ЭСЛ) крайне мала даже при ширине эмиттера свыше 0,3 мкм, а временная задержка для вентиля МОП-структуры с n-каналом, работающей в режиме обогащения и обеднения (п-МОП), при длине канала менее 0,3 мкм даже меньше временной задержки ЭСЛ-структу-ры с аналогичной шириной эмиттера. На 1.1 приведена также ось произведения «временная задержка — мощность»,, по которой видно, что такие n-МОП-структуры можно использовать в качестве быстродействующих логических вентилей. Следует отметить, что произведение «временная задержка — мощность» для комплементарных МОП-структур (КМОП) крайне мало, хотя их временная задержка несколько больше,, чем у п-М?)П-структур, работающих в режиме обогащения и обеднения. Поэтому в дальнейшем ожидается расширение областей использования КМОП-структур.

В элементах МОП-типа, которые управляются напряжением, рабочий ток протекает у поверхности, поэтому лицевая поверхность оказывает серьезное влияние на работу схемы. Эти элементы имеют меньшее быстродействие по сравнению с элементами, изготовленными по биполярной технологии. Однако технологические процессы изготовления МОП-структур проще, интеграция элементов МОП-типа производится легче, поэтому они раньше вошли в БИС. В частности, в последнее время возросло значение комплементарных МОП-структур (К.МОП) в СБИС. КМОП ИС отличаются низким потреблением энергии, так как потребляют ее только во время переключения. Характеристики биполярных ИС и МОП ИС дополняют друг друга, поэтому уже приступили к реализации технологии формирования ИС обоих типов на одном кристалле.

Входная и выходная характеристики биполярного транзистора средней мощности типа п-р-п приведены на 1.24. Как видно из 1.24, а, входная характеристика практически не зависит

5.4. Входная и коллекторные характеристики биполярного транзистора, а также переходная характеристика усилительного каскада при ?^=20 В и RK—l кОм

1.11. Схемы включения транзисторов с общей базой (а), с общим эмиттером (б), с общим коллектором (в) и входная (г), выходная (д) вольт-амперные характеристики биполярного транзистора

Для снижения мощности, рассеиваемой каскадом в статическом режиме, применяют схему двухтактового эмиттерного повторителя ( 12.12, б), выполненную на комплементарных транзисторах. В таком повторителе в режиме покоя транзисторы закрыты (Р0 = 0). Недостатком схемы на 12.12, б являются искажения, связанные с нелинейностью входной характеристики биполярного транзистора, которая проявляется при малых токах нагрузки, когда относительное изменение тока эмиттера велико. Для уменьшения нелинейных искажений транзисторы в режиме покоя приоткрывают, применяя диодное смещение переходов база — эмиттер транзисторов VT1 и VT2 ( 12.12, в). В качестве VD1 и VD2 используют транзисторы в диодном включении. Топологические размеры этих транзисторов и VT1, VT2 одинаковые, поэтому ток покоя в транзисторах VT1, VT2 будет приблизительно совпадать с током диодов смещения, который задается источником lv.

Основой графического расчета являются входные и выходные вольт-амперные характеристики биполярного транзистора. Вольт-амперные характеристики транзистора, полученные без включения нагрузки во внешнюю цепь, называются статическими, а при включении нагрузки — динамическими.

Вольт-амперные характеристики биполярного фототранзистора ( 8.6, в) аналогичны выходным характеристикам обычного транзистора с ОЭ. Темновой ток биполярного фототранзистора больше, чем фотодиода. Энергетические характеристики I^ — f(0) для биполярного фототранзистора линейны. Спектральные характеристик л S=f(X), т. е. зависимости чувствительности от длины волны излучения, у биполярных фототранзисторов и фотодиодов, выполненных из одинаковых материалов, не отличаются друг от друга.

1.7. Выходные (а) и входные (б) характеристики биполярного транзистора

§ 17.8. Статические характеристики биполярного транзистора

ij 17.8. Статические характеристики биполярного транзистора .... 330

4.41. Статистические вол оТ-амперные характеристики биполярного транзистора:

1.2. Коллекторные характеристики биполярного транзистора при управлении по эмиттерной цепи.