Файл: Гольденберг Л.М. Импульсные и цифровые устройства учебник.pdf

ния диодов (/•„, гэ) учитывают в эквивалентной схеме включением соответствующих резисторов.

Эквивалентные схемы и соответствующие им уравнения можно использовать не только для расчета статических режимов транзи­ сторов, но и для анализа переходных процессов, если учесть вре­ менные зависимости коэффициентов передачи ß, ос, обусловленные инерционностью транзистора, и барьерные емкости коллекторного (Ск) и эмиттерного (Сэ) переходов.

На рис. 2.15а приведено семейство типичных выходных стати­

Рис. 2.15

нию Кирхгофа для схемы ОЭ (рис. 2.13): Ек = iKRK'+ 1ик\. Коор­ динаты (7К, Uк) точек пересечения нагрузочной прямой с характе­ ристиками транзистора определяют режимы схемы. На рис. 2.156 приведена входная характеристика транзистора /б = /(цб, ик).

Особенности модели транзисторов ИС

Биполярные транзисторы в интегральных схемах являются дрей­ фовыми транзисторами, обычно типа п-р-п [последнее обусловлено в основном преимуществами технологии производства транзисторовтипа п-р-п, а также лучшими частотными свойствами этих транзи­ сторов вследствие большей подвижности неосновных носителей (электронов) в кремниевой базе].

По способу изоляции различают две структуры биполярных транзисторов: транзисторы, изолированные диэлектрическим (обычно Si02) слоем (рис. 2.16а), и транзисторы, изолированные обратно смещенным переходом (рис. 2.166). Для конструкции транзисторов ИС характерно то, что все контакты к различным областям транзистора (эмиттеру, базе, коллектору) располагаются на поверхности кристалла ИС; это приводит, в частности, к тому,

87

что объемное сопротивление коллектора имеет относительно боль­ шую величину, чем в дискретных транзисторах.

Рассмотренные выше приближенные модели (эквивалентные схемы, уравнения Эберса—Молла) отражают физические процессы и описывают соотношения между токами и напряжениями не толь­ ко в дискретных, но н в интегральных транзисторах с диэлектри­ ческой изоляцией. Интегральный же транзистор, изолированный

р-п-р, в котором роль коллекторного перехода выполняет изолирую­ щий м-р-переход. На практике подложка (p-область) транзистора при помощи специального вывода подключается к точке с самым

Рис. 2.16

низким потенциалом в схеме. Поэтому /г-р-переход коллектор—■ подложка во всех режимах работы схемы оказывается смещенным в обратном направлении и этим достигается изоляция транзистора.

Однако этот закрытый переход оказывает определенное влияние на характеристики основного транзистора, что п будет отмечено ниже при рассмотрении статических и переходных режимов.

Статические режимы ключа

В ключевых схемах используются два статических режима: ре­ жим выключения, когда транзистор закрыт, и режим включения — режим открытого транзистора; в последнем случае транзистор ра­ ботает либо в активной области, либо в области насыщения.

Управление ключом осуществляется подачей уровней напряже­ ния Е° и Е1: при подаче на вход уровня Е° ключ выключен, а при подаче уровня Е1 — включен. При этом рассматриваемый ключ реа­ лизует логическую функцию инвертора (элемента НЕ): сигналу О (т. е. низкому уровню Е°) на входе соответствует сигнал 1 (высо­ кий по абсолютному значению уровень напряжения) на выходе и, наоборот, сигналу 1 (т. е. Е ') на входе соответствует 0 на выходе.

Рассмотрим свойства и параметры ключа ОЭ в статических ре­ жимах.

Р е ж и м в ы к л ю ч е н и я . В режиме выключения оба р-я-пере- хода транзистора — коллекторный и эмиттерный — смещены в об­

88

ратном направлении. Транзистор типа р-п-р будет выключен, если

Практически в импульсных устройствах на дискретных компо­ нентах применяется обычно так называемый режим глубокой от­ сечки, когда обратное напряжение на переходах во много раз больше температурного потенциала срт, т. е. когда |^ к|^>срт и

объемных сопротивлениях. Поэтому очевидно, что при обратных напряжениях | И ь ю \ = (3 -г- 5)фт и | ^ б к з | = (3ч-5)фт можно счи­ тать, что выключенный транзистор работает в режиме глубокой от­ сечки. При комнатной температуре [Т = 300 К) температурный по­ тенциал для германиевых транзисторов фт » 0,026 В и, следователь­ но, пороговые уровни |£/боэ| и |£/бкз| запирающих напряжений на переходах в режимах глубокой отсечки равны примерно 0,1 В.

следовательно, в режиме выключения токи базы и эмиттера отрицательны, т. е. текут в направлениях, обратных выбранным на рис. 2.13. При этом ток базы равен по абсолютной величине

89

Для дрейфовых транзисторов характерен обратный пробой эмиттерного перехода при небольших обратных напряжениях (по­ рядка 1-4-2 В), в результате чего ток / 03 резко возрастает. Если, однако, в цепи базы включено достаточно большое сопротивление Ri5, то ток базы ограничен невысоким уровнем и свойства эмиттер­ ного перехода после пробоя восстанавливаются.

щего напряжения (положительного для транзистора типа р-п-р и отрицательного для транзистора типа п-р-п). Обычно в схемах на дискретных компонентах этот уровень получают путем введения в

цепь базы специального источника положительного (или отрица­ тельного для /г-р-я-транзисторов) смещения (параграф 2.2.3); ясно, что величина «б3 не должна превосходить допустимого обратного напряжения эмиттерного перехода. Из последней формулы видно,

стимого обратного напряжения на переходе.

Рассмотрим особенности режима выключения для интеграль­ ного транзистора.

Обычно в ИС не используется специальный источник смещения, и поэтому запирающий уровень Е° оказывается положительным для транзистора типа п-р-п (или отрицательным для транзистора типа р-п-р). Однако уровень Е° мал относительно отпирающего уровня Е \ и коллекторный ток транзистора при воздействии Е° также довольно мал. Таким образом, закрытый транзистор в ИС работает не в режиме отсечки, а в активном режиме, но при ма­ лом коллекторном токе (обычно при токе / кз, составляющем не­ сколько процентов тока открытого транзистора). Необходимо от­ метить, что уровень напряжения Е°, при котором коллекторный ток

Заметим, что, когда основной транзистор ИС в структуре с изо­ лирующим я-р-переходом работает в режиме отсечки или «выклю­ чен» в только что указанном смысле (т. е. работает в активной об­ ласти при малом токе /кя), оба перехода паразитного транзистора смещены в обратном направлении и с его влиянием на режим основного транзистора можно практически не считаться. .

Р е ж и м в к л ю ч е н и я. При прямом смещении эмиттерного пе­ рехода транзистор включен и через его электроды протекают

91