На чем основана работа триода в диапазоне высоких частот?
При работе транзистора в диапазоне высоких частот существенную роль играют междуэлектродные емкости и индуктивности вводов электродов (особенно катода), которые в диапазоне средних и низких частот малы и ими можно пренебречь. Большое значение имеет также время пролета электронов между катодом и анодом, влияющие на входную проводимость лампы.
Для работы в диапазоне высоких частот конструируют специальные триоды (с плоскими электродами), работающие на частотах до 6 ГГц.
Как работает триод в режиме переключения при большом сигнале?
Триод как элемент, используемый в режиме ключа (при переключении), в общем создает меньше трудностей, чем биполярный транзистор. Его существенным преимуществом является работа без сеточного тока, благодаря чему не появляется нагрузка для управляющего источника и управление по напряжению не встречает трудностей. Кроме того, не возникают явления, связанные с рекомбинацией и накоплением зарядов, благодаря чему легче удается получить форму выходного колебания, близкую к форме входной. Некоторое уменьшение крутизны фронтов может возникнуть из-за междуэлектродных емкостей. Недостатком триода как переключателя является необходимость использования большего управляющего сигнала, чем для транзистора, а также относительно высокое внутреннее сопротивление во время протекания тока. На этом сопротивлении возникает относительно большое падение напряжения, снижающее падение напряжения на сопротивлении нагрузки.
Триод является элементом, который не создает трудностей при работе с большим сигналом. При питании анода напряжением, равным, например, 280 В, получают выходные сигналы с амплитудой около 100 В. Кроме того, гораздо легче достичь относительно больших мощностей, чем от полупроводниковых элементов. Для сверхмощных триодов (около нескольких сотен киловатт) применяют специальное охлаждение.
Какие шумовые свойства имеет триод?
Источником шумов в триоде является прежде всего эмиссия электронов из катода. Шумы имеют флуктуационный (стохастический) характер. Шумы в схеме с триодом зависят, в частности, от сопротивления управляющего источника и ширины полосы пропускаемых частот. В общем шумы устройств на триодах больше, чем шумы устройств на современных транзисторах, особенно в диапазоне дециметровых волн.
Глава 5
ДРУГИЕ ТИПЫ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ВАКУУМНЫХ ПРИБОРОВ
Что такое меза-транзистор?
Это транзистор, выполненный таким образом, что на пластинке полупроводника, образующей коллектор, с помощью диффузии создается область базы, а на поверхности пластины напыляются выводы базы и эмиттера в виде полосок (рис. 5.1). Избыток материала, непосредственно не прилегающий к области базы, удаляется путем травления. Название "меза" (от испанского - стол) связано с характерной формой транзистора, сделанного этим методом. Существуют меза-транзисторы, выполненные на основе эпитаксиальных пленок и характеризующиеся очень узкими р-n переходами. Меза-транзисторы имеют высокую граничную частоту (несколько сотен мегагерц), особенно в эпитаксиальном исполнении, и также могут иметь большую выходную мощность.
Рис. 5.1.Структура диффузионного меза-транзистора
Что таксе планарный транзистор?
Это диффузионный транзистор плоской конструкции, в котором оба перехода выполнены методом диффузии и расположены на одной и той же стороне кремниевой пластины (рис. 5.2). Поверхность такого транзистора покрыта тонким защитным слоем двуокиси кремния, благодаря чему обеспечивается высокое постоянство параметров во времени, в частности малые токи утечки и высокая надежность.
Рис. 5.2.Структура планарного транзистора
(1 - слой двуокиси кремния)
Что такое однопереходный транзистор?
Это транзистор с одним переходом, созданный путем вплавления стерженька из p-материала (алюминий) в монокристаллическую пластинку из материала n-типа (кремнии). К пластинке присоединены два вывода, играющие роль баз, стерженек, расположенный несимметрично относительно база - эмиттер. Такой транзистор называют также двухбазовым диодом (рис. 5.3).
Рис. 5.3. Структура однопереходного транзистора (а) и его графическое изображение (б):
1 - стержень р-типа; 2 - р-n-переход: 3 - пластина n-типа; 4 - омические контакты
Сопротивление между базами составляет около нескольких тысяч ом. Обычно база Б2 смещена в положительную сторону относительно базы Б1. При подведении к эмиттеру соответствующего положительного напряжения протекает большой ток эмиттера (при небольшом падении напряжения между эмиттером Э и базой Б1). При этом на эмиттерной характеристике транзистора наблюдается область отрицательного сопротивления (рис. 5.4), благодаря чему однопереходный транзистор находит применение в генераторах и триггерах, а также в цепях регулирования. В области отрицательного сопротивления осуществляется очень быстрое переключение.
Рис. 5.4. Статическая характеристика однопереходного транзистора
(1 - область отрицательного сопротивления)
Что такое полевой транзистор с двумя затворами?
Это полевой МОП транзистор с каналом типа n (или р) с двумя затворами, управляющими током стока (рис. 5.5). При таком решении в схеме с общим источником достигается хорошая развязка входных и выходных цепей, что позволяет транзистору работать в качестве усилителя высокой частоты до частот около 1000 МГц. При этом трудности, связанные с обратным проникновением сигналов, не возникают. Полевые транзисторы с двумя затворами часто применяют в смесителях в диапазоне высоких частот.
Рис. 5.5.Структура полевого транзистора с двумя затворами с каналом n-типа (а) и его условное графическое обозначение (б):
1 - изолирующий слой; 2 - подложка р-типа; 3 - исток n; 4 - островок; 5 - сток n
Что такое транзистор с неоднородной базой?
Это планарный транзистор, в котором между базой и коллектором располагается i-слой собственного полупроводника. При этом уменьшается область, обедненная носителями (вблизи перехода коллектор - база) при обратном смещении коллектора, сокращается время пролета носителей на участке база - коллектор и тем самым достигается увеличение максимальной частоты транзистора. Графическое изображение транзисторов с неоднородной базой представлено на рис. 5.6.
Рис. 5.6.Условное графическое обозначение транзистора с неоднородной базой типа p-n-i-p (а) и р-n-i-n (б)
Что такое фототранзистор?
Это трехслойный полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами и тремя или двумя выводами, в котором выходной ток изменяется с помощью внешнего облучения (освещения) и электрического сигнала, подводимого к транзистору. Освещение влияет на сопротивление области эмиттер - база. Фототранзистор обладает большей чувствительностью, чем фотодиод, и находит применение в измерительных схемах и автоматике. Существуют также полевые фототранзисторы, работающие с очень малыми входными токами и малыми шумами.