|
|
Научная работа включает 33 страниц, 18 иллюстраций и 3 использованных литературных источников
Параметры холостого хода (z-параметры)
Вводя новые обозначения для частных производных, имеющих размерность сопротивлений, и заменяя дифференциалы токов и напряжений комплексными амплитудами малых переменных сигналов( U и I ), получаем:
U1 = Z11 I1 + Z12 I2; (1)
U2 = Z21 I1 + Z22 I2, (2)
где Z11, Z12, Z21, Z22 - характеристические сопротивления транзистора.
Характеристические сопротивления называют параметрами холостого хода, так как они определяются при условии холостого хода входа или выхода по переменному току т.е при равенстве нулю однго из токов в уравнениях (1) и (2).
Входное сопротивление транзистора при холостом ходе на выходе:
Z11 = U1/I1, при I2 = 0
Сопротивление обратной связи (обратной передачи) при холостом ходе на выходе:
Z12 = U1/I2, при I1 = 0
Сопротивление прямой передачи (сопротивление усиления) при холостом ходе на выходе:
Z21 = U2/I1, при I2 = 0
Выходное сопротивление транзистора при холостом ходе на входе:
Z22 = U2/I2, при I1 = 0
Зависимость z-параметров от режима работы легко выражается аналитически. Недостатком является трудность измерения параметра Z11, т.е осуществления режима холостого хода по переменному току на
Параметры короткого замыкания (y-параметры)
Зависимость токов от напряжения можно записать так (I1, U1, I2, U2-комплексные амплитуды малых переменных сигналов):
I1 = Y11 U1 + Y12 U2;
I2 = Y21 U1 + Y22 U2,
где Y11, Y12, Y21, Y22 - характеристические проводимости четырёхполюсника, которые определяются при условии короткого замыкания входа или выхода транзистора по переменному току.
Входная проводимость при коротком замыкании выхода:
Y11 = I1/U1, при U2 = 0
Проводимость обратной связи (обратной передачи) при коротком замыкании входа:
Y12 = I1/U2, при U1 = 0
Проводимость прямой передачи (усиления) при коротком замыкании выхода:
Y21 = I2/U1, при U2 = 0
Выходная проводимость при коротком замыкании входа:
Y22 = I2/U2, при U1 = 0
Смешанная система параметров (h-параметры)
Выражения для токов и напряжений можно записать так (I1, U1, I2, U2-комплексные амплитуды малых переменных сигналов):
U1 = h11 I1 + h12 U2;
I2 = h21 I1 + h22 U2,
где h11, h12, h21, h22 - гибридные (смешанные) параметры четырёхполюсника.
В отличие от y- и z-параметров h-параметры имеют различную размерность. Это объясняется тем, что в качестве независимых параметров взяты различные по размерностям величины - входной ток I1 и выходное напряжение U2.
Входное сопротивление:
h11 = U1/I1, при U2 = 0
Коэффициент обратной связи по напряжению:
h12 = U1/U2, при I1 = 0
Коэффициент передачи по току (коэффициент усиления):
h21 = I2/I1, при U2 = 0
Выходная проводимость:
h22 = I2/U2, при I1 = 0
Достоинством системы h-параметров является лёгкость измерения её параметров.
3.3.Типы транзисторов: Биполярный n-р-n-транзистор
n-р-n-транзистор, являющийся основным элементом биполярных ИМС (рис. 2), изготавливают по планарной эпитаксиальной технологии. Все остальные элементы ИМС выполняют в том же технологическом цикле.
Эпитаксиальный слой п (коллектор транзистора) принято называть коллекторным слоем (хотя на его основе можно, например, изготовить и резистор): диффузионный слой р (база транзистора) - базовым слоем, диффузи онный слой n+ (эмиттер транзистора) - эмиттерным. Базовый слой - всегда диффузионный, поэтому в интегральных микросхемах используются только дрейфовые транзисторы. Пунктиром на рис. 2 показан путь тока между коллектором К и эмиттером Э (базовый ток на несколько порядков меньше, им пренебрегают). От К ток проходит к Э через большое сопротивление коллекторного слоя в горизонтальном направлении rkk и сопротивление в вертикальном направлении r*kk. Вертикальная составляющая сопротивления коллекторного слоя мала (r*kk << rkk), поэтому общее сопротивление в цепи коллектора определяется величиной rkk. Чтобы уменьшить rkk, в транзистор вводят дополнительный элемент - скрытый сильнолегированный n+ слой. Тогда основная часть тока от коллектора к эмиттеру проходит по низкоомному участку n+, сопротивление коллекторного слоя получается небольшим (уменьшается почти в 20 раз). Рабочий интегральный транзистор п-р-п связан в структуре с «паразитным» транзистором р-п-р (Э', Б' и К' на рис. 2). Последний неизбежно получается, так как структура четырехслойна, и есть еще слой р (подложка). Если паразитный транзистор заперт (на эмиттере Э' - минус, на базе Б' - плюс), то n-р-n-транзистор работает в активном режиме. Но если паразитный транзистор отперт (на эмиттере Э' - плюс, на базе Б' - минус), в его эмиттерной цепи течет ток I, в коллекторной-ток aрпр * I и часть тока ответвляется в подложку, минуя рабочий n-р-n-транзистор. В этом случае последний оказывается в режиме насыщения. Коллекторный ток Ik рабочего p-n-p-транзистора уменьшается на величину тока, уходящего в подложку. Таким образом «паразитный» транзистор, отсасывая часть тока, ухудшает свойства рабочего транзистора. Для того чтобы избежать ухудшения параметров транзистора в режиме переключения, необходимо резко уменьшить ток aрпр' через паразитный транзистор в подложку. К сожалению, ток I уменьшить нельзя, следовательно, нужно уменьшить коэффициент aрпр. Известно, что a
1 - 1/2 * (W / L)^2, где W - толщина базы, а L - диффузионная длина. Чтобы уменьшить а, следует увеличить W или уменьшить L
|
|
|
Скачать 0.93 Mb.