Транзисторы

           ;  

где h-параметры имеют следующий физический смысл: h₁₁= U₁/I₁ при U₂ = 0 — входное сопротивление транзистора (при коротком замыкании на выходе); h₁₂ = U₁/U₂ при I₁= 0 — коэффициент передачи напряжения с выхода на вход (коэффициент «обратной» связи) при разомкнутой входной цепи; h₂₁ =I₂/I₁, при U₂ = 0 - коэффициент усиления по току (при коротком замыкании на выходе); h₂₂ = I₂/U₂ при I₁= 0 — выходная проводимость (при разомкнутой входной цепи).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1.3. Семейство входных (a); и выходных характеристик (б) биполярного

транзистора

 

                                                     

                            Рис. 1.4. Эквивалентная схема транзистора в виде четырехполюсника

Значения h-параметров зависят от схемы включения в электрическую цепь и могут быть как измерены непосредственно, так и определены по входной и выходной характеристикам.

При повышении  частоты рабочего сигнала изменяются все основные параметры транзисторов и в первую очередь коэффициент усиления, который с повышением частоты уменьшается, что объясняется сравнительно небольшой скоростью движения носителей заряда и влиянием емкостей эмиттерного и коллекторного переходов.

Вследствие  инерционности процессов после  возникновения (или изменения) тока в цепи база-эмиттер ток в коллекторной цепи возникает (изменяется) не сразу, а через некоторое время, когда закончатся переходные процессы накопления носителей заряда в области базы и на емкостях n-р-переходов. Все эти процессы особенно существенны при работе в импульсных режимах, поэтому для таких целей используются специальные «импульсные» транзисторы с минимальными собственными переходными процессами.

Параметры транзисторов сильно зависят от температуры окружающей среды. Поэтому все транзисторные схемы нуждаются в специальной стабилизации: температурной (термостатирование) или электрической (путем стабилизации рабочего режима).

Если это  не сделано, то возможно нарушение работы электронной аппаратуры, особенно при значительных изменениях температуры, или даже выход ее из строя. Рабочая температура кремниевых транзисторов не должна превышать +125 ... +180 °С. Германиевые транзисторы не следует применять при температурах выше +70 ... +80 ⁰С. При этом чем выше рабочая температура, тем больше вероятность теплового пробоя транзистора.

Минимальная температура, при которой транзистор может использоваться (или храниться), не должна опускаться ниже -60 ... -70 °С, поскольку возможно разрушение конструкции транзистора из-за различных температурных коэффициентов сжатия-расширения исполь зуемых полупроводниковых материалов и металлов в электродах-контактах.

Существует  много технологических методов  создания биполярных транзисторов, из которых наибольшее применение находят методы диффузии донорных и акцепторных примесей в исходный полупроводник.

На рис. 1.5 приведены основные этапы создания планарного диффузионного биполярного транзистора со структурой n-р-n-типа в приповерхностной области пластинки полупроводника: 1) исходную пластину n₁-кремния (Si) оксидируют: помещают в печь, нагревают в атмосфере чистого кислорода до температуры порядка 1000 °С и получают на ее поверхности слой диоксида кремния SiO₂  толщиной порядка одного микрометра (рис. 1.5, а); 2) протравливают в этом слое «окно» (рис. 1.5, б) и проводят через это окно диффузию бора (в печи при температуре около 1100 °С), в результате чего в исходном n₁-кремнии создается слой с р-проводимостью, являющийся базой создаваемого транзистора; 3) снова оксидируют поверхность кристалла и образуют «окно» меньшего размера (рис. 1.5, в) и через него проводят диффузию фосфора, в результате чего получается эмиттер, обладающий n₂-проводимостью; 4) образуют контакты: создают (и закрывают) необходимые «окна», напыляют алюминиевые контакты в области базы Б (рис. 1.5, г) и эмиттера Э, осаждают слой никеля на область коллектора К и присоединяют к ним проволочные выводы-электроды.

Рис. 1.5. Основные технологические операции создания планарного биполярного транзистора

На одной исходной кремниевой пластине (диаметром до 60 мм и толщиной до 0,25 мм) обычно одновременно создается до 50 тыс. планарных транзисторов. Готовая пластина разрезается на части, и отдельные  транзисторы (после проверки параметров и отбраковки нестандартных экземпляров) помещаются в герметические металлические, керамические или пластиковые корпуса.

 

По очень  похожей технологии изготавливают  и различные модификации биполярных транзисторов: многоэмиттерные и многоколлекторные силовые транзисторы, транзисторы для работы на СВЧ, транзисторы для работы в цифровых устройствах и т. д.

При этом планарные  технологии уже почти достигли физического предела в размерах отдельных элементов транзистора. В частности, транзисторы для работы на СВЧ имеют толщину менее 0,1 микрометра, а линейные размеры эмиттера и коллектора в них не превышают 10 микрометров. Подобного вида биполярный транзистор способен усиливать сигналы с частотами в несколько десятков гигагерц и отдавать в нагрузку мощность в несколько ватт.

Система обозначений транзисторов. Биполярные транзисторы, выпускаемые в России, маркируются буквенно-цифровым кодом.

Первый элемент (цифра или буква) обозначает исходный полупроводниковый материал, на основе которого изготовлен транзистор, второй элемент (буква) определяет подкласс (или группу) транзисторов, третий элемент (цифра) — основные функциональные возможности транзистора, четвертый элемент (число) обозначает порядковый номер разработки технологического типа транзистора, пятый элемент (буква) условно определяет классификацию по параметрам транзисторов, изготовленных по единой технологии.

Для обозначения  исходного материала используются следующие символы:

• Г или 1 — германий или его соединения;
• К или 2 — кремний или его соединения;
• А или 3 — соединения галлия (арсенид галлия);
• И или 4 — соединения индия.

Для обозначения подклассов используется одна из двух букв: Т - биполярные и П - полевые транзисторы.

Для обозначения  наиболее характерных эксплуатационных признаков транзисторов применяются цифры.

Для транзисторов малой мощности (максимальная мощность, рассеиваемая транзистором, не более 0,3 Вт):

• 1 — с максимальной рабочей частотой не более 3 МГц;
• 2 — с граничной частотой 3-30 МГц;
• 3 — с граничной частотой более 30 МГц. 

Для транзисторов средней  мощности (0,3-1,5 Вт):

• 4 — с граничной частотой не более 3 МГц;
• 5 — с граничной частотой 3-30 МГц;
• 6 — с граничной частотой более 30 МГЦ.

Для транзисторов большой  мощности (более 1,5 Вт):

• 7 — с граничной частотой не более 3 МГц;
• 8 — с граничной частотой 3-30 МГц;
• 9 — с граничной частотой более 30 МГЦ.

Для обозначения  порядкового номера разработки используют двухзначное число от 01 до 99. Если порядковый номер разработки превышает) число 99, то применяется трехзначное число от 101 до 999.

В качестве классификационного параметра применяются буквы русского алфавита, а в качестве дополнительных элементов обозначения используют следующие символы: цифры от 1 до 9 — для обозначения модернизаций транзистора, приводящих к изменению его конструкции или электрических параметров; буква С — для обозначения наборов в общем корпусе (транзисторные сборки); цифра, написанная через дефис, — для бескорпусных транзисторов:

• 1 — с гибкими выводами без кристаллодержателя;
• 2 — с гибкими выводами на кристаллодержателе;
• 3 — с жесткими выводами без кристаллодержателя;
• 4 — с жесткими выводами на кристаллодержателе;
• 5 — с контактными площадками без кристаллодержателя и без выводов;
• 6 — с контактными площадками на кристаллодержателе, но без выводов.