Трутко А.Ф. Методы расчета транзисторов
Подождите немного. Документ загружается.
б) Расчет %
,=
1
W
-
aL\
'
L
t
= УД,
ор
т
б
= /21,5.5-10-" ^10-
s
см;
3,5-10-* _
р„ = l— i,i-io
4
.io-
4
:=с
"'""°"-
в) Расчет а*
(6 + 1)
2
Рк 3,1
г
-0,65
2
°* =
1
+
Л
-^-
р
Г = 1+ 2-2,1.47* ='-
0004
-
г) Расчет М в коллекторном переходе
1
М =
Aipo6 /
t/
n
p
o6
=52p°'
61
= 52-0,65».
6
> =40 в;
I 1
М
"(*)
1 —4-Ю"
6
*
Таким образом,
а
0
= YoPo
a
*^ =0,985.0,9996
•
1,0004
•
1,000004
= 0,985.
4.
Расчет сопротивлений
а) Сопротивление эмиттера
kT __ 0,026 _
г
'
э =
<?/
э
—
5-Ю-з -5.2 олг.
б) Сопротивление базы
а
1,1-10*
^
л
П
оп в
—
№
дг
д в э
—
!
э
б- Ю-
19
-3700-3-10
11 62 ож
-
Принимая распределение тока радиальным и учитывая, что
растекание тока
и нет
только в одну сторону, сопротивление базы
под эмштером можно принять равным примерно
С учетом сопротивления соединительного слоя сопротивление г\
имеет величину около 50 ом.
в) Сопротивление коллектора
1 /
9
rftt)
77 = -^К1-Р) + (1-,)1^7
Г
;
221
dw _ d
dU
K
~Щ
для линейного распределения примесей. Считая, что
область объемного заряда распространяется по обе стороны перехода,
12-16-8,84-10-
14
-5 ,
=
1,98-10-*
см.
(
12е
Ч
У
к
у/3
1,6-10-
1
».6,8-10
1
»
Для нахождения N' =dN/dx используем выражение
N = N~I
х
—
N „
Д.б.э "а.к.
откуда N'=a(N — N.
x
). В точке изменения знака проводимости
N =
0
и
\N'\=aN
x
= l,l-10
4
-6,2-10
,6
= 6,8-10
ls
см-*;
dw
1,98-10-*
^=
0,6- 20-
6
см/в; dU
x
6-5
1 _5-10-
3
(4-10-
4
+ 1,5-10-
2
)-6,6-10-«
•1,41-10-» ом-';
г
к
3,5-Ю-
4
г
н
=0,71 Мом;
Л.акти.н =Л = тт/?2
=п
(75-10-^)2 =
1,8-10-'
СМ\
где /4к.акти11н — активная часть площади коллектора.
Сопротивление тела коллектора без учета растекания тока
равно
р
к
(А —А
2
) _0,65-90-10-"
,8-10-
4
=33 ом.
С
J
*к.активы
5.
Расчет емкостей
а) Зарядная емкость коллектора
1/3
;
?
K
<
f/
K-
12(?,-l/.)
Коллектор выделяется фотолитографически, поэтому
Л
к
=с6 = 350-10-"-200-10-
4
= 7,0-10-
4
см
2
;
( l,6-10-
19
-16
2
-8,84
2
-10-
28
-6,8-10i»
С
8
.к = 7,0-10-
4
(
12,5
= 5,0-10-
12
^ =5,0 пф.
б) Зарядная емкость эмиттера
Считая эмиттерный переход резким, имеем:
<?"
0
/V„
V'
2
С.
3
= А
а
2(?«.,-U
8
)|
Рассчитываем {/„ для /
э
= 5 л«д:
и
в
= In — .
Pt
-
a
— 2A
3
qD
b
c
p
'
Р»-»о~М.
д.б.в
4222
откуда
„ ЬТ /
э
даЛ?
д
б а _
t/
a
= In
FT-
=
9 A
a
2qD
6
af
n
2
t
= 0,026 In
1)8-10
_
4
2-1.6-10-
1
» 21,5 6,25-1026 ^0,355 e;
ЬТ , Луу
д
,
69
In „
=
0,026 la
5 10
18
-3,10"
= 0,555 e;
6,25 10"
_
A
Г 1
,6- 10-
1
»-16 8,86-l0-'
4
-3 Ю'П
C
39
= l,77 10 |^ 2(0,555 — 0,355) J"
1
= 73-lO-'20=73 пф.
6. Расчет граничных частот
а) Граничная чаапота, определяемая цепью эмиттера
1 1
-=420.10° гц.
U
=
•2пг
а
С
э
2я-5,2.73-10-
12
б) Граничная частота коэффициента передачи по току,
определяемая механизмом переноса через базу
fa
—
Д
б ср
21,5
3,5
а
.10-
8
я
T.1S)'
1 +0,85
1+0,85^
3,84 \3/2
qE
6
w У/2 1
л-
182-16
е
гц.
в) Граничная предельная частота f
а
Эта частота соответствует условию
а
2
= 0,5 =
L
+
ЧГ
/.
1
+
Так как f
a
>f
a
, то f
a
=s=f
?
= 182 Мгц.
г) Максимальная частота генерации
f —\/
a
"
fa
— l/
0
.985-2,7-10
8
Г«ко-^
-зОл'вС Г 30-50-5.10-
12
=
152гг
<.
7.
Расчет обратных токов коллекторного перехода
а) Составляющая объемной рекомбинации
qA(h — hi)n
2
t
t
K
W
aK
223
Здесь Ah
—
объем, is котором необходимо учитывать рекомби-
нацию. Для больших значений L (для /,>1/2) произведение Ah
равно объему кристалла:
/«
1,6-10-"М0-М03-10-
4
-6,25-10
26
30-10-
6
-6,2-10
16
= 5,5-10-
s
a.
б) Составляющая поверхностной рекомбинации
При больших L необходимо учитывать всю площадь кристалла:
'
Ы
'~ Л/..К
4
Asn
i
1,6- Ю-
19
-10- М 000• С,2П• 102
=
1,0.10-'
а.
0,2-Ш
15
в) Составляющая генерации в запорном слое перехода
«<
/
Г№
= qd -т^г Л
к
;
Ьб-ю-'м.эв-ю-^г.б-ю^-т-ю-
4
г) Полный ток
2-30-10-
6
/кО +
/кО
8
+ /.-ен=0Л6 МКй.
= 9,3-10-» а.
8. Расчет пробивных напряжений
а) Напряжение лавинного пробоя коллектора
U,
к.проб
= 52р£'
Ь1
=52-0,65».<»=40 в.
б) Напряжение, при котором а = 1
U,
(7
кЛ
г^
-
>
<*„
„ =
•
0,985
"к.б—
!_„
406
£/. =
Т^бб
1—0,985
=
20
е.
= 66;
9. Максимальная температура
коллекторного перехода
1макс—80 С
Бв
ли,
Р^<У<У^^^777?
ГУКУ
жш
*i
^Ковар
Рис.
7-9. Упрощенная структу-
ра, используемая при расчете
теплового сопротивления дрей-
фового транзистора.
224
10.
Расчет теплового сопротивления конструк-
ции (ножка типа П416)
Л =120 мкм;
Л
2
= 30 мкм;
из = 20 мкм;
hi=l,5 мм;
Л„ = 7-10-
4
см
2
;
R
x
^-
i
—
ho
h,
(120
—
30)-10--
f\
1
Л
-7 1 П _4 I
20-10-
ff
Au^
K
"комРа-^крии
1,5-10-'
0,14-7-Ю-
4 +
0,74-7-10-*
+
0,046-Ю"
2
^°-
1
г
Р
ад
1
мвгп
-
Учитывая тепловое сопротивление «корпус — окружающая сре-
да»,
равное для корпуса П416 примерно 0,1 град/мвт, общее тепло-
вое сопротивление R
T
принимаем равным 0,2 град/мвт.
П. Расчет максимальной мощности,
рассеиваемой коллектором
'м«ке = 80 С; /
ок
р = 25 С;
80 —
25
0,2
=275 мет.
12.
Расчет максимального тока эмиттера
^к.макс
=
У*'*'
При £/« =
20
в
г
_ , ^Расс 275
/
л=*=
/
э=-7Г- =^7Г
= 13
'
7 т
13.
Расчет вольт-амперной характеристики
коллекторного переходя
{ J-
(
u -I
г>
) 1
22.10-[10
,6l9<(,
--
a3/
-
)
_l].
ff, e
/
r
. a
V
*-°
—1
0.22Х
xio-»
—1
-0,1
0.225Х
хю-«
—0,1
—0,01
0.075Х
xio-»
-0,01
0
0
0
0,1
11-10-6
0,1
0,2
0.55Х
Х10"
8
0,22
0,23
0.39X
XI О""
0,38
0,3
2,7X
xio-*
1,19
0,25
0,19
6,60
14.
Энергетическая диаграмма
а) Положение уровня Ферми в области
эмиттера
/>э=АГ
а
.э
= 5-10
18
;
— E
F3
+ E
t
=kT In-^-=8,69 10-
5
-300 1n
2<56
^,3 =®,315 эв.
15—75 225
б) Положение уровня Ферми в области базы
Концентрация электронов в базе со стороны эмиттера
п=ЛГд
б
.э = 3-10
17
;
п ._ 3-Ю
17
-F6.3
•Ei=kTln~ =
8,69.10-*.300
In^
56-1013
=
0,244
эв.
Концентрация электронов в базе со стороны коллектора
«=iVa6K = 6,2-10
15
;
J
F6.K '
•
E
t
= kT In —-
iii
1
1
-6 -i
1
ма
25
20
15
10
5
. г o
j
- ~
i
\и,ц
'I
f
,'*.
в
i—
=8,69-l0-*-3001n
6,2-Ю
15
2,56-10:
T
3-0,142 e.
Xp=(0,68+a)dB
п
ит-3,5эв
Х
р
Щ50*а)эВ
\Ч
ка
•т.,
q<p
KK
'0,5553B
Ц1р
т
'0,2ВЧэв
Рис.
7-10. Рассчитан-
ная вольт-амперная
характеристика кол-
лекторного перехода
дрейфового транзи-
стора.
Рис.
7-11. Энергетическая диаграмма
для рассчитываемого дрейфового транзи-
стора при отсутствии напряжений на пе-
реходах.
Х
р
-(0,50+а)эв
Рис.
7-12. Энергетическая диа-
грамма для рассчитываемого дрей-
фового транзистора при /
9
=5 ма
и
U
K
=—5
е.
Ф«.э-"
3
Н,20^
226
£*<
Ю0
1п
= ki In —
lit
6,2-
2,56.
10
15
10
13
=
- П
-
и
в) Положение уровня Ферми
в
области коллектора
Концентрация дырок
/?
к
=
6,2-
10
15
;
E
t
:
= 8,69-10-
a
-300 1n
2
"gg/
1
Qn=0,142 эв.
Сводная таблица исходных данных
и
рассчитанных параметров
(подчеркнутые величины являются исходными)
о
=
985; /j(
OS
=
0,16
мка\
а
к6
=66;
/
feH
=9,3-10-»,
Y
=
0,99;
/„ = 0,16 мка;
Р
=
0,9996;
р
к
= 0,65
ом-см-
Af= 1+4-10-';
£, = 10 мкм;
о*
=
1,0004;
R
a
=75 мкм;
г'
8
=5,2 ом; с
=350
мкм;
/?„
оп
6
= 62 ом; Ь —
200
мкм;
т'
6
=
50
ом;
R„
—
75
мкм;
г
к
=0,71
Мом;
-;ф=11_^;
/•'„ = 33 ом; ^воро-5 =
4
0 в;
С
а
.„=73 пф;
и
«=
20
в
'<
С
зх
= 5пф;
/
яре
„
=
80°
С;
С
д
в
=
224
л$; Л, = 0,2
град/мет;
Сд.
к
= 0,54 «$;
Р
мако
== 275 лгв/и;
/
в
=
270 Л4гц; /„
Р
е
Д
= 13,7 ма;
/
э
= 420Мгц; — £
fs
+ E
t
= 0,315 эв;
f
p
=272 Мгц; F
W-9
-£t =
0,244
5
e;
f
M
aKC==
185 Мгч;
Am» =5,5-10-
г
лшг;
£
м
_
£
fK
=
0.142
эв;
^
я
.
по
»=
1018
см
~
3
~
ЕРэ
+
ЕFnpo6
=
??«
»
=
т
6
= 10
мксек;
==0,555
эв;
t/, =_0*35_5
в; *„ = 30
мксск;
Е
6
=
280
в/сж;
А
3
= 20мкм;
/„ = 5 лад- Л =
7-10-*ГЛ«
£7„
=
— 5
в • / =
/и
= 1
N
a
=
5-Ю'
8
г*-»;
/г
2
=
30
лм;
//
д э
= 3-10" гж-';
/г
= 120 won;
i/,, = 0,2-10
,s
слг-»;
И)
= 3,5 ш;
л =
1,1-Ю*
ел-
1
; s =
1
000 см*/сек.
227
ГЛАВА ВОСЬМАЯ
МАТЕРИАЛЫ К РАСЧЕТУ ТРАНЗИСТОРОВ
Некоторые конструкции транзисторов
Наиболее распространенные конструкции полупро-
водниковых приборов представлены на рис. 8-1—8-9.
Ркс.
8-1. Конструкция маломощного германие-
вого сплавного транзистора.
228
08
U>
Переход
Й
Диффузион- 0£
7S
5
ICS
I
ныйплой~~\
П~~
Щ i
т
Д77 кругом
Рис.
8-2. Конструкция маломощного сплавно-
диффузионного германиевого транзистора.
229
Рис.
8-3. Конструкция маломощного диффу-
злонього кремниевого транзистора.
230