Диодное включение биполярных транзисторов

В полупроводниковых ИМС в качестве диода используют один из переходов вер­тикального транзистора типа п-р-п. Получение диодов таким путем значительно проще, чем формирование специальных диодных структур. Существуют пять вариантов диодного включения транзистора п-р-п (рис. 6.19, а). Каждому вари­анту соответствует своя эквивалентная схема (рис. 6.19, б), и каждый из вариан­тов характеризуется различным быстродействием, определяемым величиной накапливаемых в базе и коллекторе избыточных зарядов (рис. 6.19, в).

Типовые параметры вариантов приведены в табл. 6.2.

Прямое напряжение на диоде Uпр определяется суммой падений напряжения не­посредственно на переходе и на объемном сопротивлении, включенном последо­вательно с ним; величина этого сопротивления зависит от схемы включения.

Таблица 6.2. Параметры типовых схем дидного включения биполярных транзисторов.

Параметры Схема включения
uкб = 0 iк = 0 uбэ = 0 Iэ = 0 uкэ = 0
Напряжение пробоя Uобр, B 5-7 5-7 35-55 35-55 5-7
Прямое напряжение Uпр, B 0,85 0,96 0,94 0,95 0,92
Обратный ток Iобр, нА
Емкость диода Сд, пФ 0,5 0,5 0,7 0,7 1,2
Паразитивная емкость Сп, пФ 1,2
Время восстановления обратного Сопротивления tвос, нс

Обратное напряжение на диоде Uо6р определяется возможностью пробоя дио­да. Напряжение пробоя эмиттерного перехода мало вследствие малой ширины n-p-перехода. Напряжение пробоя коллекторного перехода значительно больше, так как этот переход шире эмиттерного.

Обратный ток Iо6р в кремниевых диодах определяется током термогенерации. Так как коллекторный переход шире эмиттерного, то ток термогенерации коллектор­ного перехода iт.к больше тока термогенерации эмиттерного перехода iг.э. В сред­нем, iг.э = 0,5-1,0 мА, iг.к = 15-30 мА.

Емкость диода Сд определяется емкостью соответствующего p-n-перехода. В сред­нем Ск-п = 0,5 пФ, Ск-б = 0,7 пФ.

Паразитная емкость на подложку Сп, как правило, равна емкости Ск-п = 3 пФ, лишь во втором варианте (iк = 0) она определяется последовательно включенными емкостями Ск-п и Ск-6. Время восстановления обратного сопротивления tвос, ха­рактеризующее быстродействие диода, зависит от величины накапливаемых в базе и коллекторе избыточных зарядов (рис. 6.19, в). Среди пяти схем диодного включения только в первой (uкб = 0) через коллекторный переход не происходит инжекции носителей заряда. В этой схеме накопление заряда в базе происходит только за счет инжекции со стороны эмиттера, поэтому она обладает наиболее вы­соким быстродействием. В остальных схемах коллекторный переход открыт, по­этому происходит дополнительная инжекция электронов в базу со стороны кол­лектора и инжекция дырок в коллектор со стороны базы.

Сравнивая различные варианты включения транзистора в качестве диода, нетруд­но придти к выводу, что оптимальным является первый вариант, когда uкб = 0.

Пассивные элементы ПП ИМС

В полупроводниковых ИМС пассивные элементы обычно формируются на осно­ве типовой структуры вертикального транзистора типа п-р-п.