Лавинные транзисторы: история развития, принцип работы и современное применение

Что такое лавинные транзисторы. Как работают лавинные транзисторы. Какие преимущества дает использование лавинных транзисторов. Где применяются лавинные транзисторы в наши дни. Каковы перспективы развития лавинных транзисторов.

История создания и развития лавинных транзисторов

Лавинные транзисторы появились в середине прошлого века как попытка преодолеть ограничения по быстродействию обычных биполярных транзисторов. Первоначально использовались германиевые сплавные и диффузионно-сплавные транзисторы.

Важной вехой стала разработка в начале 1970-х годов в НИИ «Пульсар» первого советского специального лавинного транзистора ГТ338. Он позволил получать импульсы с амплитудой 5-20 В на нагрузке 50 Ом и временем нарастания менее 1 нс.

В дальнейшем были созданы кремниевые планарные и меза-эпитаксиальные лавинные транзисторы, обладающие лучшей стабильностью параметров. За рубежом также появились первые серийные кремниевые лавинные транзисторы.

Принцип работы лавинно-инжекционных транзисторов

Работа лавинно-инжекционных транзисторов (ЛИТ) основана на сочетании обычной инжекции носителей из эмиттера с их лавинным умножением в области объемного заряда (ООЗ) коллекторного перехода при высоких обратных напряжениях.

Коэффициент лавинного умножения M определяется эмпирической формулой Миллера:

M = 1 / (1 — (U/UM)^n)

Где U — напряжение на коллекторном переходе, UM — напряжение лавинного пробоя, n — коэффициент, зависящий от типа перехода.

При αM > 1 (где α — коэффициент передачи тока эмиттера) ЛИТ приобретают свойства негатронов — приборов с участками отрицательного дифференциального сопротивления на вольт-амперных характеристиках.

Эффект «аномально быстрого» включения лавинного транзистора

При исследовании современных кремниевых эпитаксиальных транзисторов в лавинном режиме был обнаружен эффект «аномально быстрого» включения. Он проявляется в том, что при напряжениях питания, близких к напряжению лавинного пробоя UM, время включения транзистора резко уменьшается до единиц наносекунд.

Например, для транзистора КТ3117 при увеличении напряжения питания со 100 до 150 В время включения уменьшилось с 224 до 1,05 нс, то есть более чем в 200 раз! При этом транзистор быстро входит в глубокое насыщение.

Этот эффект особенно ярко проявляется в схеме релаксатора на лавинном транзисторе. При сопротивлении нагрузки 51 Ом удается получить импульсы с амплитудой до 78 В и временем нарастания менее 0,8 нс.

Физика работы лавинных транзисторов с ограниченной областью объемного заряда

Причина «аномально высокого быстродействия» кроется в эффекте расширения области объемного заряда (ООЗ) коллекторного перехода вглубь базы при росте коллекторного тока. Это происходит даже при спаде напряжения на коллекторе.

Расширение ООЗ продолжается вплоть до динамического смыкания базовой границы ООЗ коллекторного перехода с ООЗ эмиттерного перехода. После смыкания ООЗ с содержащейся в ней плазмой выполняет роль разрядного промежутка.

Этот эффект наблюдается при больших токах коллектора и коэффициенте лавинного умножения M, превышающем критическое значение:

Mкр = (νp + νn) / νp

Где νp и νn — скорости насыщения дырок и электронов в ООЗ коллекторного перехода.

Транзисторы, использующие данный эффект, получили название лавинных транзисторов с ограниченной областью объемного заряда (ЛТОООЗ).

Моделирование работы релаксационных генераторов на лавинных транзисторах

Для точного моделирования работы ЛТОООЗ требуется использование специальных моделей, учитывающих описанные выше физические эффекты. Классические модели биполярных транзисторов, такие как Эберса-Молла или Гуммеля-Пуна, для этого не подходят.

Полная модель биполярного транзистора с учетом эффектов ЛТОООЗ была разработана еще в 1970-х годах. Результаты расчетов по этой модели показывают хорошее совпадение с экспериментальными данными.

Моделирование позволяет детально исследовать все стадии работы релаксатора на ЛТОООЗ:

1. Начало лавинного пробоя
2. Развитие быстрого пробоя из-за сужения базы
3. Спад разрядного тока из-за разряда накопительного конденсатора
4. Вход транзистора в глубокое динамическое насыщение
5. Выход из насыщения и полное закрытие транзистора

Современные серийные лавинные транзисторы и их параметры

В настоящее время ряд компаний (Zetex, KEYIN, Diotek и др.) выпускает серии высоковольтных кремниевых эпитаксиальных ЛТОООЗ. Рассмотрим основные параметры некоторых транзисторов фирмы Zetex:

• FMMT413: UM = 150 В, Uβ = 50 В, Iрmax = 50 А
• FMMT415: UM = 260 В, Uβ = 100 В, Iрmax = 50 А
• ZTX415: UM = 260 В, Uβ = 100 В, Iрmax = 60 А
• FMMT417: UM = 320 В, Uβ = 100 В, Iрmax = 60 А

Где UM — напряжение лавинного пробоя, Uβ — напряжение пробоя при обрыве базы, Iрmax — максимальный импульсный ток.

Большинство этих транзисторов выполнены в миниатюрном корпусе SOT23 для плотного поверхностного монтажа. Несмотря на большие импульсные токи (до 60-100 А), средняя рассеиваемая мощность составляет всего 0,33-0,68 Вт.

Основные области применения современных лавинных транзисторов

Уникальные свойства лавинных транзисторов делают их незаменимыми во многих областях современной электроники:

• Запуск скоростных лазерных полупроводниковых излучателей
• Управление оптическими коммутаторами на ячейках Поккельса и Керра
• Контроль параметров антенн во временной области
• Возбуждение пьезоизлучателей в ультразвуковых толщиномерах
• Разработка сверхскоростных и сверхширокополосных (UWB) линий связи
• Создание видеоимпульсных локаторов высокого разрешения
• Разработка георадаров для поиска объектов под землей
• Контроль новых скоростных цифровых осциллографов и анализаторов спектра

Особенно важно применение лавинных транзисторов для запуска лазерных диодов и светоизлучающих решеток, требующих импульсных токов в десятки ампер и выше.

Перспективы дальнейшего развития лавинных транзисторов

Несмотря на то, что лавинные транзисторы были изобретены довольно давно, они продолжают активно развиваться и находить новые применения:

• Ведутся работы по дальнейшему повышению быстродействия и увеличению рабочих напряжений
• Исследуются возможности создания лавинных транзисторов на основе новых полупроводниковых материалов, таких как карбид кремния и нитрид галлия
• Разрабатываются интегральные схемы с встроенными лавинными транзисторами для применения в сверхбыстрой импульсной технике
• Изучаются методы улучшения температурной стабильности и повышения надежности лавинных транзисторов

Можно ожидать, что в ближайшие годы появятся лавинные транзисторы с еще более впечатляющими характеристиками, которые найдут применение в новых областях науки и техники.

Лавинные транзисторы вчера, сегодня и завтра — Компоненты и технологии

Немного истории

Обычным биполярным транзисторам понадобилось почти полвека, чтобы преодолеть «барьер» во времени включения в 1 нс. Лишь к концу 1970-х годов, к примеру, в СССР был разработан транзисторный генератор наносекундных импульсов Г5-78, обеспечивающий получение импульсов с амплитудой до 5 В на нагрузке 50 Ом (амплитуда тока 0,1 А) с временем нарастания 1 нс. Он был создан в Вильнюсском НИИ радиоизмерительных приборов. Позже (уже в 1980-е годы) там же был разработан генератор Г5-85, обеспечивший, с применением специализированных гибридно-пленочных микросхем, получение на нагрузке 50 Ом импульсов со временем нарастания до 0,3 нс, но при уменьшенной до 2 В амплитуде.

Медленное развитие скоростной импульсной техники может показаться странным на фоне появления в эти годы мощных СВЧ-биполярных (а затем и полевых) транзисторов с частотами в единицы и даже десятки гигагерц и уровнями рабочих напряжений в десятки вольт. Причины медленного роста быстродействия и импульсной мощности импульсных устройств носят фундаментальный характер. Дело в том, что генераторы синусоидальных сигналов всегда имели резонансные и согласующие цепи, позволявшие нейтрализовать паразитные емкости и индуктивности их активных компонентов и монтажа, но в узкой области частот. Такие цепи встраиваются в СВЧ-транзисторы, и это сильно затрудняет их применение в принципиально широкополосных импульсных устройствах. К тому же фундаментальным свойством обычного режима работы биполярных транзисторов была потеря быстродействия и усилительных способностей с ростом рабочего тока из-за известного эффекта Кирка [5]. А токи в импульсных устройствах обычно намного больше, чем в усилителях и генераторах синусоидальных сигналов.

Лавинными называют транзисторы, полезно использующие эффект лавинного умножения носителей в коллекторном переходе. Это позволяет в несколько раз увеличить рабочие напряжения и во много раз — импульсные токи и придает лавинным транзисторам новые свойства негатронов S— и N-типа.

В качестве лавинных транзисторов в середине прошлого века применялись германиевые сплавные, а затем диффузионно- сплавные транзисторы. В начале 1970-х годов в НИИ «Пульсар» (Москва) был разработан первый советский специальный лавинный диффузионно-сплавной меза-эпитаксиальный транзистор ГТ338, обеспечивший получение импульсов с амплитудой 5–20 В на нагрузке 50 Ом и преодолевший барьер времени их нарастания в 1 нс (10

Вскоре были созданы кремниевые планарные и меза-эпитаксиальные транзисторы с большей стабильностью параметров, в том числе лавинных. За рубежом появились первые типы серийных кремниевых лавинных транзисторов. Число публикаций по применению транзисторов в лавинном режиме во всем мире достигло многих тысяч. В 1973 г. вышла первая монография по лавинным транзисторам и их применениям [3]. Достижения в разработке теории и схемотехники лавинных транзисторов и тиристоров в последующие годы обобщены в новой монографии [4].

Лавинный режим для обычных транзисторов многие годы рассматривался как вредный и способствующий выходу приборов из строя. И действительно, в обычных схемах возникновение лавинного пробоя вело к практически мгновенной последующей гибели приборов из-за теплового или вторичного пробоев необратимого характера. При заходе в лавинную область работы в условиях низкой технологической культуры производства первых транзисторов снижался процент выхода годных изделий.

Остроту проблемы создания коротких импульсов с субнаносекундными фронтами в какой-то мере сняло появление диодов с резким восстановлением и накоплением заряда (ДНЗ) [6], а позже СВЧ кремниевых и арсенид-галлиевых полевых транзисторов [7, 8]. Однако для запуска этих довольно дорогих приборов требовались импульсы, которые сами по себе с трудом удавалось получать от обычных серийных биполярных транзисторов. Зато их легко было получить от транзисторов, используемых в лавинном режиме. Но у нас развитие лавинных транзисторов прекратилось в связи с распадом СССР в 1990-е годы и прекращением производства многих типов транзисторов и измерительных генераторов импульсов.

На фоне этого интерес к лавинным транзисторам к началу 1990-х годов резко упал. Отражение данной тематики в Интернете практически отсутствовало. Между тем во всем мире после 1990-х годов появился ряд новых и весьма перспективных областей применения нано- и даже пикосекундных импульсов. Это запуск скоростных лазерных полупроводниковых излучателей, управление оптическими коммутаторами на ячейках Поккельса и Керра, контроль параметров антенн во временной области, возбуждение пьезоизлучателей в ультразвуковых толщиномерах, разработка сверхскоростных и сверхширокополосных (UBW) линий связи, создание видеоимпульсных локаторов высокого разрешения и георадаров для поиска объектов под землей и в закрытых помещениях, контроль новых скоростных цифровых осциллографов и анализаторов спектра, запуск новых типов сверхскоростных активных приборов и т. д. и т. п.

Разработчиков таких устройств не могли удовлетворить скромные параметры появившихся в изобилии логических, цифровых и импульсных схем в части формирования импульсов с субнаносекундными фронтами с большой амплитудой. Не спасло положение и появление в начале этого века сверхскоростных больших микросхем на гетеропереходных гигагерцевых и даже террагерцевых интегральных полевых транзисторах: по уровню рабочих напряжений и токов они оказались совершенно неприемлемыми для большинства указанных выше применений. В таких условиях снова стал расти интерес к лавинным транзисторам, особенно к высоковольтным, с рабочими напряжениями в сотни вольт.

К этому времени технология изготовления транзисторов существенно обновилась и улучшилась. В огромных количествах стали выпускаться кремниевые планарные, эпитаксиальные и меза-эпитаксиальные транзисторы малой, средней и большой мощности. При исследовании этих приборов в лавинном режиме работы обнаружился ряд непонятных и тонких эффектов, показавших возможности получения субнаносекундных импульсов большой амплитуды — до сотен вольт.

В 1980-х годах появились высокоскоростные осциллографы, позволившие изучить эти эффекты, в частности, аномально малое время включения эпитаксиальных транзисторов в лавинном режиме в схеме обычного ключа. Стало возможным использовать эти явления на практике и создать принципиально новые типы полупроводниковых приборов — лавинных S-диодов, дрейфовых диодов и транзисторов с резким восстановлением, SOS отключающих диодов и др. Стало окончательно ясно, что никаких принципиальных отличий между специальными лавинными транзисторами и обычными, используемыми в лавинном режиме, просто нет.

И как результат всего этого, резко вырос интерес к лавинному режиму и лавинным транзисторам в начале XXI века. В [4] отмечается, что уже в 2007 г. в поисковой системе Google можно было найти около полумиллиона интернет-ссылок по данной тематике. Сегодня (июль 2010 г.) по теме “Avalanche transistors” в той же системе дается уже 2,38 млн интернет- страниц. Конечно, лишь часть из них относится прямо к контексту данной статьи. В одной из них — народной энциклопедии Wikipedia, в статье, посвященной лавинным транзисторам, по достоинству оценен наш вклад в развитие данного направления.

Лавинно-инжекционные транзисторы

Далее для определенности рассмотрим n-p-n— транзисторы. Напомним, что работа биполярного транзистора основана на инжекции прямо смещенным эмиттерным переходом в базовую область первичных носителей (электронов у n-p-n-транзисторов). Пройдя с некоторыми потерями (вследствие рекомбинации) базовую область, они собираются коллектором и создают ток коллектора, который немного меньше тока эмиттера. Последнее отражает коэффициент передачи тока эмиттера α У лавинно-инжекционных транзисторов (ЛИТ) к этому добавляется механизм лавинного умножения первичных носителей в области объемного заряда (ООЗ) коллекторного перехода при больших обратных напряжениях на нем. Это происходит не по всей ООЗ, а лишь в ее области с максимальной напряженностью электрического поля. Попадая в эту область ООЗ, первичные носители расшатывают связи между электронами и дырками в кристаллической решетке и порождают вторичные электронно-дырочные пары. Вторичные электроны вместе с первичными переносятся в коллектор и создают коллекторный ток I_к = M(αI_э+I_к0), который возрастает в M раз. Здесь M > 1 — коэффициент лавинного умножения носителей.

Вторичные дырки переносятся полем ООЗ в базу и создают в ней избыточный заряд основных носителей. Он снижает потенциальный барьер эмиттерного перехода и усиливает инжекцию носителей в базовую область. Возникает своеобразный механизм малоинерционной внутренней положительной обратной связи по току. При больших напряжениях на коллекторе его ООЗ расширяется, а толщина базовой области уменьшается. Это наряду с повышенной скоростью движения носителей с сильном поле ООЗ повышает быстродействие ЛИТ. У некоторых транзисторов наступает смыкание ООЗ-переходов, и время включения их резко возрастает. Но этот эффект нестабилен и присущ малому числу плоскостных транзисторов: их конструируют так, чтобы избежать смыкания даже при напряжении на коллекторе, близком к U_M.

При αM > 1 ЛИТ приобретают качественно новое свойство: они становятся негатронами, то есть приборами с управляемыми S— и N-образными вольт-амперными характеристиками (ВАХ), имеющими участки отрицательного дифференциального сопротивления и проводимости (в зависимости от схемы включения).

Для расчета M в p-n-переходе обычно используется эмпирическое выражение, известное как формула Миллера:

Здесь n = 6 для n⁺—p-переходов; n = 3 для германиевых p⁺-n-переходов и n = 2 и 3,5 для кремниевых n⁺—p— и p⁺—n-переходов. Из этого выражения вытекает, что M чуть больше 1 при малых U, но M→∞ при напряжении U, стремящемся к напряжению лавинного пробоя коллекторного перехода U_M (рис. 1). Наибольшие значения M достигаются у германиевых p-n-p— и у кремниевых n-p-n-тран- зисторов. Они и используются в качестве лавинных. Рис. 1 получен с применением персонального компьютера с современной системой компьютерной математики Mathematica.

Рис. 1. Зависимость коэффициента лавинного умножения M от напряжения на коллекторном переходе U для разных n

Из условия αM = 1 можно найти напряжение пробоя при обрыве базы:

Оно составляет (в зависимости от α) 0,2–0,5U_M (рис. 2).

Рис. 2. ВАХ для схемы включения транзистора «коллектор – база» (правая кривая) и «коллектор – эмиттер с обрывом базы»

Напряжения пробоя в этих схемах заметно отличаются, причем U_M > U_β. В диапазоне напряжений:

транзистор имеет значение αM > 1 и проявляет свойства негатрона. Лавинно-инжекционные транзисторы имеют легко управляемые как S-образные, так и N-образные ВАХ (рис. 3). Вполне возможно управление всеми этими ВАХ путем освещения структуры лавинных транзисторов. На этом основана работа лавинных фототранзисторов. Детальный анализ ВАХ ЛИТ дан в [3, 4], в том числе с применением системы компьютерной математики Mathematica.

Рис. 3. Схемы включения лавинного p-n-p-транзистора и соответствующие им семейства ВАХ:
а) со стороны коллектора;
б) со стороны эмиттера;
в) со стороны базы

Сам по себе механизм лавинного умножения имеет очень малую инерционность: время развития лавинного пробоя — около 10^–11–10^–12 с. Однако быстродействие ЛИТ определяется не только им, но и обычными механизмами переноса носителей через область базы и емкостями переходов транзистора.

В качестве ЛИТ хорошо показали себя массовые советские германиевые диффузионно- сплавные транзисторы П416, ГТ313, П422, П423 и др. [3, 4]. В наше время они уже не выпускаются. Это, а также работа при повышенных напряжениях, значительный разброс параметров, небольшой выигрыш в скорости работы и конкуренция со стороны обычных импульсных микросхем не позволили схемам на ЛИТ прорваться на просторы рынка импульсных устройств массового применения.

«Аномально быстрое» включение лавинного транзистора

Модель ЛИТ оказалась качественно неточной для большинства современных планарно- эпитаксиальных и меза-эпитаксиальных биполярных транзисторов в области больших токов — выше десятков миллиампер. Это особенно касается кремниевых транзисторов.

По мере их исследования стали выявляться странные, с позиций обычной теории биполярных транзисторов, явления. Осциллографы 1970-х и даже 1980-х годов не позволяли в деталях разбираться в форме сигналов в схемах на лавинных транзисторах, и их поведение нередко воспринималось как аномальное и вредное. Это во многом тормозило исследования и применение приборов.

Сейчас трудностей в измерении таких быстрых процессов нет — не считая дороговизны скоростных осциллографов. К примеру, цифровой осциллограф DPO 4101 компании Tektronix позволяет наблюдать перепады напряжения с длительностью до 0,5 нс даже при высокоомном (10 МОм с пробником) входе. Рассмотрим с его помощью поведение обычного ключа на кремниевом n-p-n— биполярном транзисторе КТ3117 (рис. 4 при R_б = 10 кОм, R_к = 51 кОм и R_н = 0), переключаемого прямоугольными импульсами — меандром. При этом во время отрицательной полуволны меандра транзистор закрыт, а во время положительной открывается и при достаточно большом входном сигнале входит в насыщение. С помощью средства Wave Inspector (по существу, «лупы времени») из обзорной части изображения (в верхней части экрана) вырезается часть, отображающая процесс включения транзистора.

Рис. 4. Схема ключа на биполярном транзисторе

Пока E_к U_β, никаких аномалий в работе ключа не отмечается. Ключ довольно медленно (за десятые доли микросекунды) включается и при достаточной амплитуде входных импульсов входит в насыщение. При запирании он с большой задержкой выходит из насыщения. Напряжение U_M у данного транзистора около 150 В, U_β — около 50 В.

«Аномалии» начинают появляться при увеличении E_к (рис. 5): при E_к около 95 В. Внезапно, при небольшом превышении этого напряжения, появляется участок очень быстрого (порядка 1 нс) спада напряжения в начале довольно медленной экспоненты спада включающегося транзистора. Обычно E_к больше U_β, но меньше U_M. Автоматическое измерение времени спада осциллографом пока не реагирует на появление маленького участка быстрого спада, поскольку он по уровню намного меньше уровня полного перепада (он близок к E_к). Измеренное время полного спада составляет в среднем 224 нс, и его возросшее стандартное отклонение в 7,5 нс говорит о появлении временной нестабильности — джиттера. Он возникает на быстром перепаде, что и видно на рис. 5. Менее быстрый осциллограф может вообще не отметить такой необычный спад.

Рис. 5. Осциллограмма напряжения на коллекторе транзистора ключа, изображенного на рис. 4, при Eк = 100 В выявляет «подозрительно» быстрый, пока небольшой спад напряжения

А теперь начнем плавно увеличивать E_к, не меняя амплитуды входных импульсов. Классическая теория импульсного режима работы биполярного транзистора предсказывает, что при этом время включения должно плавно увеличиваться из-за роста тока насыщения коллектора при постоянном отпирающем токе базы. Но на деле наблюдается нечто прямо противоположное — более резкое проявление быстрого спада. При E_к, близких к UМ, этот спад по амплитуде быстро увеличивается, и транзистор аномально быстро (примерно за 1 нс) входит в насыщение (рис. 6). Интересно, что джиттер при этом резко уменьшается до 42 пс, то есть в сотни раз! Область быстрого спада распространяется на весь спад.

Рис. 6. Осциллограмма напряжения на коллекторе транзистора ключа на рис. 4 при Eк = 150 В показывает аномально быстрое полное переключение транзистора за время менее 1 нс — вплоть до его входа в насыщение

Итак, в нашем примере при увеличении E_к со 100 до 150 В время включения ключа не только не увеличилось, а уменьшилось с 224 до 1,05 нс, то есть более чем в 200 раз! При этом транзистор «аномально» быстро входит в глубокое насыщение. Все это явно указывает на возникновение некоторого нового физического явления. Оно, безусловно, полезно: такие высоковольтные быстрые перепады остро необходимы для запуска оптических ячеек Поккельса и Керра, стробирования электронных фотоумножителей и т. д.

Описанные эффекты еще более резко проявляются в схеме релаксатора на лавинном транзисторе. Она подобна рис. 4 при R_н > 0. Включение R_н позволяет снимать осциллограмму разрядного тока конденсатора и оценивать параметры выходного импульса релаксатора (рис. 7) (R_н = 51 Ом, C = 33 пФ). Амплитуда импульса достигает 78 В, время нарастания (спада с учетом отрицательной полярности импульса на нагрузке) — менее 0,8 нс.

Рис. 7. Осциллограммы импульсов напряжения на коллекторе лавинного транзистора и при сопротивлении нагрузки Rн = 50 Ом релаксатора, изображенного на рис. 4

При уменьшении R_н до 0,5–1 Ом амплитуда импульса достигала 30–50 А и более, а длительность составляла немного более 1 нс. Росту быстродействия явно способствует большой ток разряда конденсатора — он же ток коллектора. Это полностью противоречит теории обычного транзистора, предсказывающей резкое падение B и f_T при на пару порядков меньших токах из-за эффекта Кирка. Ни один обычный полупроводниковый прибор не дает таких малых значений времени нарастания и длительности импульсов при таких больших амплитудах напряжения и тока.

Еще более поразительные результаты дает применение современных высоковольтных кремниевых эпитаксиальных транзисторов, например КТ630 или КТ642 с U_M более 300 В. Такие приборы дают перепад напряжения свыше 300 В при времени спада около 2 нс. Таким образом, скорость изменения напряжения на коллекторе достигает 1,5×10^–11 В/c и выше. На нагрузке 50 Ом формируется импульс с амплитудой выше 160 В с временем нарастания 1 нс (рис. 8). Эти параметры не хуже, чем у современных специальных лавинных транзисторов.

Рис. 8. Осциллограммы импульсов напряжения на коллекторе высоковольтного транзистора и при сопротивлении нагрузки Rн = 50 Ом релаксатора, изображенного на рис. 4

При E_к > U_M релаксатор переходит в автоколебательный режим работы и не требует запуска (входные импульсы в этом случае могут использоваться для синхронизации). При меньших E_к у транзисторов с описанными эффектами наблюдается разрывной характер зависимости амплитуды импульсов от напряжения E_к (рис. 9) (из книги [4]). Такая зависимость не наблюдается у старых типов лавинно-инжекционных транзисторов.

Рис. 9. Зависимость амплитуды импульсов релаксатора от напряжения Eк у разных типов транзисторов

Итак, в работе релаксатора можно выделить 5 характерных стадий (рис. 7): начало лавинного пробоя (1), развитие быстрого пробоя из-за сужения базы по мере роста тока и быстрый рост разрядного тока (2), спад разрядного тока из-за разряда накопительного конденсатора C (3), вход транзистора в глубокое динамическое насыщение (иногда и в обратимый вторичный пробой) (4) и выход из насыщения, полное закрытие транзистора и заряд конденсатора C через токоограничивающий резистор в цепи коллектора (5).

Работу релаксатора на рис. 4 можно рассматривать как дифференцирование перепада напряжения на включающемся транзисторе цепочкой CR_н. На этом основан метод динамического пробоя, описанный в [3, 4] и позволяющий рассчитать временную зависимость разрядного тока.

Лавинные транзисторы с ограниченной областью объемного заряда (ЛТООО З)

Причины «аномально высокого быстродействия» биполярных транзисторов (особенно кремниевых n⁺—p—n—n⁺ планарно- эпитаксиальных) в лавинном режиме кроются во впервые обнаруженном и объясненном в [3, 4, 9–11] эффекте расширения ООЗ коллекторного перехода вглубь базы, при росте коллекторного тока даже при спаде напряжения на коллекторе. Расширение ООЗ происходит вплоть до динамического (временного) смыкания базовой границы ООЗ коллекторного перехода с ООЗ эмиттерного перехода в условиях двойной (обычной и лавинной) инжекции носителей в перекрытую ООЗ базовую область транзистора. После смыкания переходов расширение ООЗ (ограниченной низкоомными областями эмиттера и коллектора) прекращается, и она, с содержащейся в ней плазмой, выполняет роль разрядного промежутка.

Этот эффект происходит при больших токах коллектора и коэффициенте лавинного умножения M, превышающем некоторое вполне умеренное критическое значение M_кр. Приближенно оно оценивается как [3, 4, 9, 10]:

где ν_p и ν_n — скорости насыщения дырок и электронов в ООЗ коллекторного перехода. Ему соответствует некоторое критическое значение напряжения на коллекторе U_кр, вычисляемое из (1). Обычно оно лежит в интервале между напряжениями U_β и U_M.

При этом заряд вторичных носителей превышает заряд первичных носителей и ООЗ коллектора расширяется, а не сужается, как в обычном режиме работы транзистора (последний эффект и назван эффектом Кирка и снижает быстродействие транзисторов в области больших токов [5]). Эффект Кирка в обычном режиме имеет место у всех плоскостных транзисторов и ведет к заметному спаду граничной частоты транзистора f_T с ростом тока коллектора. Он наблюдается и у специальных лавинных транзисторов при работе в обычном режиме. Однако при M > M_кр в базовой ООЗ преобладает заряд вторичных, а не первичных носителей, поэтому с ростом I_к область базы сужается вплоть до ее смыкания с эмиттерным переходом (рис. 10). При этом время переноса определяется отношением размеров ООЗ к предельной скорости неосновных носителей и составляет доли наносекунды. Соответствующие расчеты приведены в [3, 4, 9, 10].

Рис. 10. Физика работы ЛТОООЗ структуры n+-p-n-n+

Использующие этот новый эффект транзисторы были названы нами лавинными транзисторами с ограниченной областью объемного заряда — ЛТOOOЗ. К таким транзисторам относятся серийные советские германиевые p⁺—n—p—p⁺ специальные лавинные транзисторы серии ГТ338, зарубежные массовые кремниевые лавинные транзисторы наших дней фирмы Zetex и большинство кремниевых n⁺—p—n—n⁺ обычных транзисторов, используемых в лавинном режиме [3, 4].

Моделирование релаксационных генераторов на лавинных транзисторах

Положенные в основу ЛТОООЗ физические явления не учитываются в классических моделях биполярных транзисторов, например Эберса-Молла, Гуммеля-Пуна и др., в том числе в моделях для схемотехнических САПР класса PSpice. Однако полная модель биполярного транзистора с учетом этих эффектов была описана еще в [3], и результаты расчета по ней ряда схем на лавинных транзисторах были выполнены на ЭВМ и приведены в [3, 4].

Не повторяя описания этой довольно сложной модели, рассмотрим результаты моделирования по полной модели транзистора 2Т603, одного из первых ЛТОООЗ. Представленные на рис. 11а зависимости напряжения на коллекторе и тока коллектора даны для разных значений начального напряжения на коллекторе, которое изменялось при разных значениях напряжения питания. Диаграммы были получены на экране графического дисплея ЭВМ. Отчетливо видно проявление всех стадий переходных процессов, описанных выше для ЛТОООЗ. Реальные осциллограммы представлены на рис. 11б.

Рис. 11.
а) Расчетные переходные процессы в релаксаторе на лавинном транзисторе при разных начальных напряжениях на коллекторе;
б) реальные осциллограммы переходных процессов

Поразительная близость довольно сложных расчетных временных диаграмм и реальных осциллограмм свидетельствует о высокой точности как качественного, так и количественного моделирования сложных процессов работы релаксатора на ЛТОООЗ и правомерности описанных выше представлений о физике их работы.

Релаксатор (рис. 4) на ЛТОООЗ является основой множества схем для запуска лазерных диодов и светоизлучающих решеток, требующих импульсных токов в десятки ампер и выше. Поэтому результаты исследования переходных процессов в нем носят фундаментальный характер.

Серийные лавинные транзисторы и их применение

В различных странах в разные годы были разработаны и выпускались серийно специальные лавинные транзисторы, например ГТ338, NS1110, 2N3035 и др. Многие были вариантами обычных транзисторов, хорошо работающих в лавинном режиме. В настоящее время ряд фирм (Zetex, KEYIN, Diotek и др.) выпускает серию высоковольтных кремниевых эпитаксиальных ЛТОООЗ (таблица).

Все транзисторы (кроме ZTX-415) выполнены в сверхминиатюрном корпусе SOT23 для плотного поверхностного монтажа на печатные платы. Длина «массивных» выводов у них минимизирована, что резко уменьшает их паразитную индуктивность и снижает вероятность возникновения колебаний при разряде C. Несмотря на уникально большие импульсные токи в лавинном режиме (до 60–100 А), средняя рассеиваемая мощность приборов составляет всего 0,33 или 0,68 Вт, то есть приборы относятся к классу маломощных транзисторов.

Рис. 12. Зависимость амплитуды разрядного тока от напряжения питания релаксатора

На рис. 12 показана зависимость амплитуды разрядного тока от напряжения питания релаксатора при разных значениях емкости конденсатора в цепи «коллектор – эмиттер». Нетрудно заметить, что приборы рассчитаны на работу с довольно большой емкостью накопительного конденсатора — примерно до 10 нФ.

При большой длительности импульсов амплитуду их приходится ограничивать. При больших амплитудах неизбежна деградация приборов. Поэтому предельная длительность разрядных импульсов нормируется (рис. 13). Есть много применений лавинных транзисторов, например, в устройствах подрыва снарядов и ракет, когда время работы приборов ограничено. При этом желательно в это время иметь высокие параметры приборов, например большую амплитуду импульсов.

Рис. 13. Зависимость амплитуды разрядного тока от длительности импульса при разном максимальном числе импульсов

Любопытно, что фирма Zetex в PDF-файлах детально описывает характеристики этих транзисторов и в обычном режиме работы. Ничего выдающегося в этом режиме приборы не показывают и ведут себя как обычные биполярные транзисторы. К примеру, спад B начинается с тока 0,1 А, и B падает до 10 уже при токе 1 А. И это в то время как амплитуда тока в лавинном режиме достигает 50–60 А, а иногда и выше.

Интегральное исполнение схем на лавинных транзисторах

Длину разрядной цепи генераторов импульсов на лавинных транзисторах можно минимизировать только при интегральном конструктивном исполнении. Однако большинство интегральных микросхем имеют напряжение питания намного меньше, чем у схем на лавинных транзисторах (сотни В и выше). Это препятствует созданию монолитных интегральных схем. Но гибридные схемы на лавинных транзисторах настолько просты, что их интегральное исполнение вполне возможно даже в корпусе для монолитных микросхем. Естественно, изоляторы корпуса должны выдерживать напряжение питания схем.

Безусловно, интегральному исполнению схем на лавинных транзисторах принадлежит будущее этого класса схем. Но пока этому препятствует лишь невысокая массовость подобных схем. При интегральном исполнении длина разрядной цепи релаксаторов минимизируется, и «звон» после импульса практически устраняется.

Релаксаторы на ЛТОООЗ с накопительной линией

Для получения с помощью релаксатора на лавинном транзисторе почти прямоугольных и стабильных по длительности импульсов можно использовать хорошо известный в импульсной технике прием — разряд через коммутирующее устройство накопительной линии (рис. 14, 15).

Рис. 14. Схема релаксатора с разрядом накопительной коаксиальной линии через лавинный транзистор

Рис. 15. Осциллограммы импульсов на коллекторе лавинного транзистора КТ3102 и на его эмиттере (нагрузке) для схемы, изображенной на рис. 14

Нельзя не отметить очень неплохую форму импульсов на нагрузке у этого генератора, выполненного на массовом и дешевом транзисторе в пластмассовом корпусе. Амплитуда импульса на нагрузке 50 Ом достигает 40 В при времени нарастания импульсов около 1 нс и длительности около 15 нс. Включив параллельно транзистору корректирующий конденсатор в несколько пикофарад, можно немного улучшить форму импульсов и уменьшить почти в два раза время их нарастания. Высоковольтные транзисторы KT630 и КТ645 с U_M > 300 В позволяют получить от такой схемы импульсы с амплитудой до 100–150 В.

Недостатком такого простого генератора является необходимость точного согласования волнового сопротивления линии с сопротивлением разрядной цепи во избежание отражений от начала линии, искажающих форму импульсов. В [3, 4, 11] можно найти описание свободных от этого недостатка схемных решений и множества других подобных схем на лавинных транзисторах. В том числе релаксаторов с совместным применением лавинных транзисторов с мощными биполярными и полевыми транзисторами, используемыми в обычном режиме работы [8, 12, 13].

Генераторы с последовательным включением лавинных транзисторов

Лавинные транзисторы в релаксаторах можно включать последовательно (пример на рис. 16) или даже по комбинированным схемам. Это позволяет увеличить амплитуду импульсов.

Рис. 16. Релаксатор на двух последовательно соединенных лавинных транзисторах с разрядной линией и сосредоточенными постоянными

Включение последовательно более двух транзисторов тоже не вызывает особых трудностей (рис. 17). Импульс запуска подается на базу нижнего транзистора. Он включается, и понижение напряжения на нем вызывает включение других транзисторов. В схеме на рис. 17 включение облегчается применением конденсатора С₁, обеспечивающего быстрое включение двух нижних транзисторов. Следом включаются верхние транзисторы, и обеспечивается быстрый разряд основного конденсатора C₂.

Рис. 17. Релаксатор на четырех последовательно включенных ЛТОООЗ фирмы Zetex

Генераторы на лавинных транзисторах, построенные по схеме Аркадьева-Маркса

Издавна существуют схемы генераторов высоковольтных импульсов, в которых заряд нескольких накопительных конденсаторов осуществляется параллельно от одного источника питания, а при разряде конденсаторы и разрядные устройства соединяются последовательно. Такие схемы были известны еще на вакуумных и газоразрядных приборах и получили название схем Аркадьева-Маркса. Они позволяют получать импульсы с амплитудой, большей напряжения питания.

Простейшая схема генератора по этой схеме на специальных лавинных транзисторах NS1110 приведена на рис. 18. Такая схема формирует импульсы с амплитудой 55 В на нагрузке R_н = 50 Ом при времени нарастания около 1 нс.

Рис. 18. Генератор по схеме Аркадьева-Маркса с накопительной линией с сосредоточенными постоянными на кремниевых лавинных транзисторах NS1110

Генераторы с накопительной линией не лишены серьезных недостатков. К ним прежде всего относятся большие габариты линий, трудность плавной перестройки длительности импульсов и вдвое меньшая (по сравнению со схемой емкостного релаксатора) амплитуда импульсов. Кроме того, они обычно требуют согласования линии с нагрузкой. На рис. 19 показана схема Аркадьева-Маркса с последовательным включением лавинных транзисторов в каждой секции. В таких схемах амплитуда импульсов может достигать многих сотен вольт и выше.

Рис. 19. Генератор по схеме Аркадьева-Маркса с последовательным включением лавинных транзисторов в каждой секции

Генераторы с параллельным включением лавинных транзисторов

На низкоомной нагрузке (R_н = 0,5 Ом) простейшего релаксационного генератора можно формировать импульсы тока с амплитудой до 10–40 А, если использовать в нем ЛТОООЗ с U_M > 150 В. Можно значительно увеличить амплитуду импульсов тока, включая параллельно несколько релаксационных генераторов. В подобных схемах, из-за малости R_н, на форму импульсов существенно влияют колебательные процессы, вызванные индуктивностью разрядной цепи. Это приводит к появлению заметного выброса на заднем срезе выходного импульса.

Подобная схема на трех ЛТОООЗ фирмы Zetex (рис. 20) способна обеспечить в нагрузке 0,5 Ом пиковый ток до 120–150 А. При этом время нарастания импульсов составляет 4–5 нс.

Рис. 20. Генератор сильноточных импульсов с параллельным включением ЛТОООЗ фирмы Zetex

Генераторы с параллельно включенными лавинными транзисторами могут работать только в ждущем режиме работы при одновременном запуске всех лавинных транзисторов. На рис. 21 показана схема Аркадьева-Маркса с параллельным включением лавинных транзисторов в каждой секции. От таких схем возможно получение импульсов с амплитудой до 10–20 кВ на нагрузке 50 Ом. Подобные схемы применяются для запуска мощных лазерных диодов и светоизлучающих решеток на основе лазерных диодов.

Рис. 21. Релаксатор с комбинированным включением лавинных транзисторов

Сверхскоростная развертка на лавинных транзисторах

Одной из проблем в создании аналоговых сверхскоростных осциллографов является заметное снижение чувствительности пластин горизонтального отклонения трубки. При этом требуемые напряжения генераторов развертки возрастают до 150–300 В, а иногда и намного выше.

Рис. 22. Генератор сверхскоростной развертки

На рис. 22 показана типичная схема парафазной скоростной развертки на двух лавинных транзисторах. Применение парафазного напряжения позволяет обеспечить постоянство среднего потенциала пластин горизонтального отклонения. Это нужно для обеспечения четкой фокусировки по всему экрану трубки. Запуск лавинных транзисторов, формирующих напряжение развертки, осуществляется от эмиттерного повторителя.

Формируемое на пластинах трубки напряжение близко к экспоненциальному, хотя многие лавинные транзисторы обеспечивают быстрый спад напряжения «коллектор – эмиттер», близкий к линейному. Однако для построения развертки необходимо изменять хотя бы фиксированно крутизну почти линейного напряжения развертки. В генераторе (рис. 22) с этой целью применены простейшие R_L-корректирующие цепочки. Их переключение позволяет создать развертку с длительностью 0,5; 1 и 2 нс/дел. В генераторе могут использоваться транзисторы NS1110, КТ312, КТ603, лавинные транзисторы фирмы Zetex и др.

Напряжение на емкости пластин C_пл меняется в соответствии с выражением:

где δ = R/2ω₀L, x = ω₀t и ω₀ = 1/√LC_пл.

Из выражения (5) имеем:

Из выражения (5) следует, что при δ = 0,3 коэффициент нелинейности напряжения u(t) не превышает 10% при коэффициенте использования напряжения питания в каждом плече, равном 0,7. Для скоростной развертки такие параметры вполне приемлемы.

Лавинные транзисторы в ультразвуковых эхо-импульсных толщиномерах

Эхо-импульсные ультразвуковые толщиномеры и локаторы (сонары) — еще одна область применения лавинных транзисторов. Работа этих устройств основана на возбуждении ультразвукового излучателя, выполненного чаще всего на специальной пьезокерамике. Одни из лучших — апериодические излучатели ультразвука, способные выполнять и функции приемника ультразвуковых импульсов. Они должны быть нагружены усилителем с малым (близким к 0) входным сопротивлением. Но при этом для получения достаточной чувствительности нужно возбуждать преобразователь в режиме передачи наносекундными импульсами большой (выше 100 В) амплитуды. Это делает целесообразным применение лавинных транзисторов.

На рис. 23 представлена схема выносной головки эхо-импульсного серийного ультразвукового толщиномера УТ-30ПЦ. Часть возбудителя ультразвука содержит релаксатор на трех последовательно включенных самых массовых транзисторах T4–T6 типа КТ315И, используемых как ЛТОООЗ.

Рис. 23. Принципиальная схема приемопередающего устройства для совмещенного ультразвукового преобразователя эхо-импульсного толщиномера

При запуске разряд C обеспечивает формирование на излучателе ТПП импульса с длительностью около 50 нс в форме, близкой к одному периоду синусоиды (моноимпульса). Для получения отрицательной полуволны импульса используется отрезок короткозамкнутого коаксиального кабеля. На емкости преобразователя 90 пФ обеспечивается амплитуда импульсов не менее 90 В. Диоды Д5 и Д6 (КД513А) отсекают формирователь импульсов от преобразователя после формирования импульса.

Приемник ультразвуковых импульсов (верхняя часть рис. 23) содержит транзисторный усилитель тока с малым входным сопротивлением. Оно достигается первым каскадом по схеме с общей базой (транзистор T1) и параллельной отрицательной обратной связью через резистор R2.

Лавинные транзисторы в схемах возбуждения антенн

В последнее десятилетие бурно развивается техника сверхширокополосной связи (UWB), видеоимпульсной локации и геолокации (обнаружения объектов под землей и в закрытых помещениях). Работа этих новых средств основана на возбуждении специальных антенн очень короткими импульсами — нередко с длительностью менее 1 нс. Они применяются и при измерениях антенн во временной области, которые проще, чем измерения в частотной области.

Одними из первых для этого были использованы релаксаторы на лавинных транзисторах (рис. 24). Здесь на ключе (T1) с трансформатором и диодным выпрямителем выполнен высоковольтный преобразователь напряжения питания E_п в повышенное напряжение питания релаксатора на лавинном транзисторе T2. Индуктивность L дифференцирует и обостряет импульс разрядного тока релаксатора, что позволяет получить импульс с длительностью менее 1 нс, поданный на антенну.

Рис. 24. Схема генератора на лавинном транзисторе для возбуждения антенны

Оптимальной формой в ряде устройств такого рода является моноимпульс — один период синусоиды с частотой в 1 ГГц и выше. Близкий к такой форме импульс можно получить при уменьшении емкости накопительного конденсатора релаксатора до нескольких пикофарад и при наличии в разрядной цепи индуктивности в несколько наногенри (рис. 25). Тщательность разработки конструкции для таких устройств обязательна.

Рис. 25. Осциллограмма импульса, напоминающего моноимпульс

Генераторы на новом поколении лавинных приборов

В настоящее время в подобных генераторах с амплитудой до десятка вольт и выше применяются новые приборы — лавинные S-диоды с задержкой лавинного пробоя, SOS-диоды, дрейфовые диоды и лавинные транзисторы с резким восстановлением. Некоторые из них позволяют получать субнаносекундные импульсы с амплитудой в десятки и сотни вольт, а при последовательном включении даже и сотни киловольт.

Среди наиболее известных приборов этого нового класса — S-диоды с задержкой лавинного пробоя при подаче на них быстрого перепада обратного напряжения. Лавинный пробой при этом не успевает развиться, и напряжение на диоде может значительно (до двух раз) превысить напряжение лавинного пробоя U_M. Спустя время задержки (порядка единиц наносекунд) развивается ускоренный и сильно развитый механизм лавинного пробоя.

У дрейфовых диодов и лавинных транзисторов с резким восстановлением через них вначале пропускается короткий импульс прямого тока, а затем подается быстрый перепад обратного напряжения. Перед пробоем в приборах остается небольшой заряд (плазма), сосредоточенный в небольшой по размеру области, что обеспечивает очень малое (даже в сравнении с ЛТОООЗ) время обрыва тока.

На рис. 26 показана типовая схема, реализующая этот принцип. Ключевой транзистор VT, например полевой, лавинный или JGBТ (биполярный с полевым управлением), включается на некоторое время и затем выключается.

Рис. 26. Схема генератора коротких импульсов на приборах с резким восстановлением после пробоя и индуктивными накопителями энергии

В контуре «С–L₂ — дрейфовый диод с быстрым восстановлением (DSRD) VD» развивается колебательный процесс (рис. 27). Во время первой полуволны его VD включен, и в нем накапливается заряд. Во время отрицательной полуволны он рассасывается, и в какой-то момент диод резко выключается. Быстрый обрыв тока формирует на диоде (и нагрузке R) импульс с большой амплитудой и очень малым (часто доли наносекунды) временем нарастания. Его дифференцирование позволяет получить импульс, подобный моноимпульсу (одному периоду синусоиды).

Рис. 27. Временные диаграммы работы генератора, изображенного на рис. 26

На рис. 28 показана еще одна схема формирователя субнаносекундных импульсов (разработана в Чешском техническом университете). Для ее запуска могут использоваться релаксатор на лавинном транзисторе и даже ключ на СВЧ биполярных транзисторах.

Рис. 28. Формирователь субнаносекундных импульсов на основе линии задержки, диода Шоттки SD и дрейфового диода с резким восстановлением SRD

Дифференцируя короткий импульс с выхода этого формирователя с помощью отрезков линий передачи, можно получить моноимпульс (рис. 29).

Рис. 29. Формы сигналов в разных точках формирователя, изображенного на рис. 27

Лавинные транзисторы завтра

Среди обычных дешевых (порою стоимостью в десяток-другой центов) кремниевых эпитаксиальных транзисторов можно найти приборы, ничуть не уступающие по параметрам лавинного режима дорогим (свыше $10) серийным специальным лавинным транзисторам. Они уже стали основой для производства серийных лавинных транзисторов с U_M от 10–15 до 300–500 В. Это откроет возможности применения лавинных транзисторов в серьезной аппаратуре. Примеров этому уже немало: в генераторах наносекундных импульсов (в виде настольных приборов фирм Picosecond Pulse Lab, США [14] и AVTECH, Тайвань [15]), в модулях HVS фирмы ALPHALAS, Германия [16], с запуском от лавинных транзисторов крайтронов, в модулях фирмы DEI с запуском от лавинных транзисторов мощных МДП-транзисторов и др.

Если ЛТОООЗ достойно представлены сегодня, то завтра следует ожидать разработок массовых серийных лавинных фототранзисторов, лавинных диодов с задержкой лавинного пробоя и быстрым восстановлением, лавинных S-диодов, SOS-диодов с быстрым прерыванием тока, дрейфовых диодов и транзисторов с резким восстановлением и других приборов такого класса, уже обеспечивающих получение наносекундных и пикосекундных импульсов с большой (сотни вольт) и даже с фантастически большой (сотни киловольт) амплитудой. Это открывает новые возможности в сфере промышленных и нанотехнологий, видеоимпульсной локации, в разработке георадаров и в других новых областях гражданской и военной науки и техники.

Несомненно, что схемы на лавинных транзисторах перспективны для создания специализированных высоковольтных и сильноточных импульсных устройств в интегральном исполнении. Конструктивно и технологически такие транзисторы вполне совместимы с интегральными схемами на обычных транзисторах. Пока такие устройства применяются редко и обычно являются уникальными разработками. Но то, что сегодня кажется уникальным и редким, завтра станет массовым и повсеместно используемым изделием.

1. Кузнецов Ю. А., Каменецкий Ю. А., Смульский А. С. Германиевый лавинный транзистор ГТ338 // Электронная промышленность. 1971. № 4.
2. Дьяконов В. П., Босый В. И., Кузнецов Ю. А. и др. Лавинный транзистор и его использование в схемотехнике / В кн. «Полупроводниковые приборы в технике электросвязи». Под ред. И. Ф. Николаевского. М.: Связь, 1972.
3. Дьяконов В. П. Лавинные транзисторы и их применение в импульсных устройствах. М.: Советское радио, 1973.
4. Дьяконов В. П. Лавинные транзисторы и тиристоры. Теория и применение. М.: СОЛОН-Пресс, 2008.
5. Kirk C. T. A theory of transistor cut-off frequency (f_T) fall-off of high current densities // IRE Trans, v. ED9, 1962.
6. Еремин С. А., Мокеев О. К., Носов Ю. Р. Полупроводниковые диоды с накоплением заряда. М.: Советское радио, 1966.
7. Бачурин В. В., Ваксенбург В. Я., Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М., Смердов В. Ю. Схемотехника устройств на мощных полевых транзисторах. М.: Радио и связь, 1994.
8. Дьяконов В. П., Максимчук А. А., Ремнев А. М., Смердов В. Ю. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. М.: СОЛОН-Р, 2002.
9. Дьяконов В. П. Предельные возможности лавинных транзисторов в импульсных цепях // Радиотехника. 1976. № 7.
10. Дьяконов В. П., Самойлова Т. А. Математическая модель биполярного транзистора для обычного и лавинного режимов работы // Радиотехника. 1979. № 10.
11. Дьяконов В. П. Генераторы с разрядной линией на лавинных транзисторах // ПТЭ. 1976. № 4.
12. Дьяконов В. П. Генераторы наносекундных импульсов на лавинных и МДП-транзисторах // ПТЭ. 1981. № 1.
13. Дьяконов В. П., Адамов П. Г., Иванов А. И. Формирователь импульсов тока амплитудой 10 А с субнаносекундными фронтами // ПТЭ. 1988. № 6.
14. www.picosecond.com
15. www.avtechpulse.com
16. www.alphalas.com

Особенности лавинных транзисторов | Техника и Программы

В 70-х годах XX века широкую известность получили лавинные транзисторы — приборы уникальные по физическим свойствам и рекордно высокому быстродействию импульсных схем на них, которое (что встречается очень редко) у таких устройств сочетается с высокими уровнями рабочих напряжений и токов. Кроме того, биполярные лавинные транзисторы имеют легко управляемые как S-образные, так и N-образные ВАХ (рис. 2.12) [21, 26, 30, 73]. Вполне возможно оптическое управление всеми этими ВАХ путем освещения структуры лавинных транзисторов.

Рис. 2.12. Схемы включения лавинного транзистора и соответствующие им семейства БАХ: а — со стороны коллектора, б — со стороны эмиттера и в — со стороны базы

Падающие участки ВАХ (рис. 2.12) были давно обнаружены еще у точечных транзисторов и были связаны были с присущей таким транзисторам внутренней положительной обратной связью в условиях, когда коэффициент передачи тока эмиттера а> 1. Однако у точечных транзисторов этот механизм был очень инерционный.

У лавинных транзисторов ВАХ с падающими участками возникают вследствие увеличения биполярного транзистора аъ Мраз, происходящего вследствие лавинного умножения носителей в коллекторном переходе при достаточно большом напряжении Uна нем. Сам по себе механизм лавинного умножения практически безынерционный.

Для расчета Л/может использоваться выражение, известное, как формула Миллера:

где п=6 для п⁺-р и п=3 для германиевых/>⁺-и-переходов, и п=2 и 3,5 для кремниевых переходов п ⁺-р ир⁺-п. Из этого выражения вытекает, что М чуть больше 1 при малых U, но М—о при напряжении U, стремящемся к напряжению лавинного пробоя коллекторного перехода U_M.

Заметим, что работа в условиях развитого лавинного пробоя (при очень больших М) характерна для таких давно известных и массовых приборов, как кремниевые стабилитроны. Это одни из самых надежных приборов. Уже одно это опровергает предрассудки о низкой надежности транзисторов в лавинном режиме работы. Тем более в связи с тем, что для работы лавинных транзисторов развитый лавинный пробой не характерен и значения Мвполне конечны.

Из условия аМ= 1, при М, заданном выражением (2.19), можно найти нижнюю границу напряжения, характерного для работы транзистора в лавинном режиме. Это напряжение пробоя при обрыве базы:

Это напряжение обычно составляет (в зависимости от а) от 0,2 до 0,5 от U_u. Таким образом, при

транзистор имеет значения аМ> 1 и ведет себя формально, как точечный транзистор, имеющий а>1 и вольт-амперные характеристики, показанные на рис. 2.12.

Однако, поведение биполярного транзистора в лавинном режиме, при построении на его основе релаксационных схем, резко отличается от поведения точечного транзистора, да и того же биполярного транзистора в обычном режиме. Необычность заключается в резком повышении скорости включения транзистора порою в сотни и тысячи раз в области больших напряжений и токов. Именно это и открывает возможность генерации коротких импульсов с временами нарастания до 1 не и менее с помощью очень простых релаксационных схем. При этом важно, чтобы средняя мощность рассеивания транзистора не превышала допустимую. Если этого не предусмотреть, то выход транзистора из строя может произойти в доли секунды из-за возникновения теплового пробоя.

Причины аномально высокого быстродействия транзисторов (особенно кремниевых п-р-п-п⁺ планарно-эпитаксиальных) в лавинном режиме кроются во впервые обнаруженном и объясненном в книге [21] ив серии статей [31-38] эффекте расширения области объемного заряда (ООЗ) коллекторного перехода при росте коллекторного тока вглубь базы — вплоть до динамического смыкания с эмиттером. Этот эффект происходит при больших токах коллектора и коэффициенте лавинного умножения М, превышающем некоторое вполне умеренное критическое значение М . При этом заряд вторичных носителей превышает заряд первичных носителей, и ООЗ коллектора расширяется, а не сужается, как в обычном режиме работы транзистора (последний эффект назван эффектом Кирка и снижает быстродействие транзисторов в области больших токов [89]).

Использующие этот эффект транзисторы были названы лавинными транзисторами с ограниченной областью объемного заряда — ЛТОООЗ. Ктаким транзисторам относятся серийные советские германиевые р-п-р-р⁺ специальные лавинные транзисторы серии ГТ338, зарубежные кремниевые лавинные транзисторы фирмы Zetex и большинство кремниевых п-р-п-п⁺ обычных транзисторов, используемых в лавинном режиме [73].

Источник: Дьяконов В. П.  Генерация и генераторы сигналов / В. П. Дьяконов. — М. : ДМК Пресс, 2009. — 384 е., ил.

Лавинный транзистор — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 2

Лавинный транзистор

Cтраница 2

Лавинными транзисторами называют транзисторы, в которых эффект лавинного умножения в коллекторном переходе используется для повышения коэффициента передачи тока а.  [16]

Лавинным транзистором называется биполярный транзистор, действие которого основано на использовании режима лавинного размножения носителей заряда в коллекторном переходе.  [18]

Быстродействие лавинных транзисторов характеризуется временем нарастания Тнар импульсов.  [19]

Чем отличается лавинный транзистор от обычного транзистора.  [20]

Что представляет собой лавинный транзистор.  [21]

Существенным недостатком лавинных транзисторов является относительно большое значение остаточного напряжения, что приводит к большому рассеиванию мощности на транзисторе во включенном состоянии.  [22]

Запускающий импульс включает лавинный транзистор VT1, а затем за счет роста напряжения на коллекторах транзисторов VT2 и VT3 включаются и последующие транзисторы. На выходе появляется импульс с утроенной амплитудой. На резисторе R10 сопротивлением 150 Ом амплитуда импульса равна 400 В, а на резисторе сопротивлением 75 Ом близка к 300 В.  [23]

Таким образом, лавинный транзистор — это биполярный транзистор, изготовленный из материала с удельным сопротивлением порядка нескольких десятых долей ом на сантиметр. Только в этом случае может наблюдаться устойчивое умножение тока в коллекторном переходе, связанное с ударной ионизацией.  [25]

Разновидностью биполярных являются лавинные транзисторы, рабочий участок характеристики которых находится в области лавинного пробоя коллекторного перехода. Лавинообразное нарастание коллекторного тока происходит в течение нескольких наносекунд. Лавинные транзисторы предназначены для генерирования мощных импульсов наносекундного диапазона.  [26]

Наиболее перспективным вариантом лавинного транзистора является / э-п-р-меза — транзистор с использованием слоистой р — р-структу-ры, полученной методом эпитаксиального наращивания, в качестве коллекторной области.  [27]

Хотя принцип работы лавинного транзистора известен довольно давно, их использование до последнего времени было весьма ограниченным, так как недостаточно высокий уровень полупроводниковой технологии не позволял реализовать потенциальные преимущества этих приборов.  [28]

При оценке быстродействия лавинных транзисторов необходимо учитывать зависимость ширины базы от тока.  [29]

Хотя принцип работы лавинного транзистора известен довольно давно, их использование до последнего времени было весьма ограниченным, так как недостаточно высокий уровень полупроводниковой технологии не позволял реализовать потенциальные преимущества этих приборов.  [30]

Страницы:      1    2    3    4    5

ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР • Большая российская энциклопедия

• В книжной версии

  Том 16. Москва, 2010, стр. 548

• Скопировать библиографическую ссылку:

  ---

Авторы: Ю. А. Кузнецов

ЛАВИ́ННЫЙ ТРАНЗИ́СТОР, би­по­ляр­ный тран­зи­стор, ус­той­чи­во ра­бо­таю­щий при на­пря­же­ни­ях на кол­лек­тор­ном пе­ре­хо­де, близ­ких к на­пря­же­нию элек­трич. про­боя. В этих ус­ло­ви­ях име­ет ме­сто удар­ная ио­ни­за­ция, при­во­дя­щая к ла­ви­но­об­раз­но­му на­рас­та­нию кон­цен­тра­ции сво­бод­ных но­си­те­лей за­ря­да в кол­лек­тор­ном пе­ре­хо­де тран­зи­сто­ра. Об­ра­зо­ва­ние по­движ­ных но­си­те­лей в об­лас­ти объ­ём­но­го за­ря­да кол­лек­то­ра ком­пен­си­ру­ет их по­те­ри в Л. т. при ин­жек­ции и пе­ре­но­се; при этом ко­эф. уси­ле­ния тран­зи­сто­ра по то­ку ус­та­нав­ли­ва­ет­ся рав­ным 1. От­ли­чит. осо­бен­ность Л. т. – воз­ник­но­ве­ние от­ри­ца­тель­но­го диф­фе­рен­ци­аль­но­го со­про­тив­ле­ния в це­пи эмит­тер – кол­лек­тор, что обу­слов­ли­ва­ет бы­строе на­рас­та­ние то­ка в этой це­пи. Ус­той­чи­вая ра­бо­та Л. т. в пред­про­бой­ной об­лас­ти обес­пе­чи­ва­ет­ся по­вы­шен­ной од­но­род­но­стью рас­пре­де­ле­ния элек­трич. по­ля по пло­ща­ди кол­лек­тор­но­го пе­ре­хо­да. Для из­го­тов­ле­ния Л. т. обыч­но ис­поль­зу­ют­ся эпи­так­си­аль­ные струк­ту­ры р⁺– p-ти­па и n⁺ – n-ти­па на ос­но­ве Ge и Si; ба­зо­вая об­ласть Л. т. соз­да­ёт­ся ме­то­дом диф­фу­зии или ион­ной им­план­та­ции. Л. т. при­ме­ня­ют­ся в ге­нера­то­рах ко­рот­ких им­пуль­сов, что по­зво­ля­ет соз­да­вать от­но­си­тель­но про­стые и на­дёж­ные уст­рой­ст­ва для фор­ми­ро­вания мощ­ных им­пуль­сов то­ка (до не­сколь­ких А) со вре­ме­нем на­рас­та­ния им­пуль­са ме­нее 10^–9 с. Воз­мож­ность Л. т. ге­не­ри­ро­вать ко­рот­кие им­пуль­сы с час­то­той по­вто­ре­ния до 100 МГц ис­поль­зу­ет­ся в уст­рой­ст­вах сов­па­де­ния им­пуль­сов и в стро­бо­ско­пич. ос­цил­ло­гра­фах. На­ли­чие па­даю­ще­го уча­ст­ка на вольт-ам­пер­ной ха­рак­те­ри­сти­ке, со­от­вет­ст­вую­ще­го от­ри­цат. со­про­тив­ле­нию, и ма­лое эф­фек­тив­ное зна­че­ние вре­ме­ни про­лё­та но­си­те­лей за­ря­да от эмит­те­ра к кол­лек­то­ру по­зво­ля­ют при­ме­нять Л. т. так­же в ге­не­ра­то­рах и уси­ли­те­лях элек­трич. ко­ле­ба­ний де­ци­мет­ро­во­го и сан­ти­мет­ро­во­го диа­па­зо­нов волн. 

ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР — это… Что такое ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР?

ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР

биполярный транзистор, в к-ром используется явление лавинного пробоя в ПП — лавинного умножения силы тока в коллекторном переходе. Образование подвижных носителей в области объёмного заряда коллектора компенсирует их потери в Л. т. на инжекцию и перенос, и коэфф. усиления по току а устанавливается равным или больше 1. Л. т. отличаются от обычных транзисторов наличием отрицат. сопротивления участка эмиттер — коллектор. Для изготовления Л. т. используют кремниевые и германиевые эпитаксиальные структуры р⁺ — р- и n⁺ — n-типа; базовая область создаётся методом диффузии или имплантации. Л. т. применяют в импульсных устройствах для формирования мощных импульсов силы тока (до десятков А) со временем нарастания менее 10^-9 с.

Большой энциклопедический политехнический словарь. 2004.

• ЛАВИННЫЙ ПРОБОЙ
• ЛАВСАН

Смотреть что такое «ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР» в других словарях:

• лавинный транзистор — Биполярный транзистор, действие которого основано на использовании режима лавинного размножения носителей заряда в коллекторном переходе. [ГОСТ 15133 77] Тематики полупроводниковые приборы EN avalanche transistor DE Lawinentransistor FR… …   Справочник технического переводчика

• лавинный транзистор — griūtinis tranzistorius statusas T sritis chemija apibrėžtis Tranzistorius, kurio veikimas pagrįstas krūvininkų griūtimi. atitikmenys: angl. avalanche transistor rus. лавинный транзистор …   Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

• лавинный транзистор — griūtinis tranzistorius statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. avalanche transistor; avalanche type transistor vok. Lawinentransistor, m rus. лавинный транзистор, m pranc. transistor à avalanche, m; transistor avalanche, m …   Fizikos terminų žodynas

• Лавинный транзистор —         Транзистор, устойчиво работающий при напряжениях на коллекторном переходе, близких к напряжению пробоя. В этих условиях имеет место ударная Ионизация, приводящая к увеличению числа носителей заряда в коллекторном переходе транзистора.… …   Большая советская энциклопедия

• лавинный транзистор — Транзистор, предназначенный для работы в режиме лавинного умножения тока в коллекторном переходе …   Политехнический терминологический толковый словарь

• Транзистор — (от англ. transfer переносить и resistor сопротивление)         электронный прибор на основе полупроводникового кристалла, имеющий три (или более) вывода, предназначенный для генерирования и преобразования электрических колебаний. Изобретён в… …   Большая советская энциклопедия

• Лавинный диод — Не следует путать с Лавинно пролётный диод. Лавинный диод  полупроводниковый диод, разновидность стабилитрона, работа которого основана на лавинном пробое p n перехода при обратном включении. Применяется в технике для защиты цепей от… …   Википедия

• Лавинный фотодиод — Структура лавинного фотодиода на основе кремния: 1  омические контакты, 2  антиотражающее покрытие Лавинные фотодиоды (ЛФД; англ. avalanche photodiode  APD)  высокочувствительные полупроводниковые приборы, преобразующие… …   Википедия

• Полевой транзистор — Полевой транзистор (англ. field effect transistor, FET) полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе… …   Википедия

• Униполярный транзистор — Полевой транзистор полупроводниковый прибор, в котором ток изменяется в результате действия перпендикулярного току электрического поля, создаваемого входным сигналом. Протекание в полевом транзисторе рабочего тока обусловлено носителями заряда… …   Википедия

В. Дьяконов-Лавинные транзисторы вчера, сегодня и завтра

Оценка стойкости диодов Wolfspeed SiC Шоттки к dV/dt с помощью генератора импульсов на основе лавинного транзистора

Появление более 10 лет назад коммерческих диодов Шоттки на основе карбида кремния (SiC Шоттки) позволило значительно улучшить характеристики таких устройств, как корректоры коэффициента мощности (PFC) и инверторы приводов. Этого удалось достичь благодаря отсутствию у SiC-приборов заряда обратного восстановления не основных носителей и соответствующему снижению уровня коммутационных потерь, свойственных традиционным PiN-диодам. Широкое распространение SiC-диодов Шоттки было несколько затруднено из-за проблем с надежностью, связанных с ограничениями по параметру dV/dt. В частности, приборы с низкой стойкостью к dV/dt оказались более подверженными отказам при воздействии больших пусковых токов.

Первоначальные исследования этой проблемы в отношении SiC-диодов Шоттки с напряжением 600 В выявили, что верхний предел dV/dt у них составляет 55–60 В/нс. Поскольку в этих опытах участвовали SiC-диоды, производимые не компанией Wolfspeed, то последующие исследования проводили специалисты Wolfspeed на собственных компонентах [1, 2]. Их анализ показал, что диоды Wolfspeed могут выдерживать скорость включения 75 В/нс и выключения 100 В/нс в течение более 100 тыс. циклов без разрушения. Конечным результатом этих и других исследований явилось требование для производителей элементной базы указывать стойкость к dV/dt в качестве критерия надежности SiCдиодов Шоттки.

В данной работе дано описание скоростного высоко вольтного генератора импульсов, используемого для оценки стойкости карбидокремниевых диодов компании Wolfspeed к dV/dt. Поскольку диоды Wolfspeed не выходили из строя во время предварительного тестирования с использованием типовых параметров, для определения их предельных свойств необходимо разработать более быстродействующий генератор импульсов. Он должен быть в состоянии подвергать тестируемые приборы гораздо более высоким значениям dV/dt, чем наблюдаются при нормальной эксплуатации силовых преобразователей. В оригинальных экспериментах, выполняемых Wolfspeed, время переключения составляет примерно 5 нс. Генератор со временем переключения, приближающимся к 1 нс, может быть изготовлен с использованием доступных в настоящее время лавинных транзисторов и транзисторов Wolfspeed C2M SiC MOSFET. Разработка схемы и конструкции, а также измерение характеристик высокоскоростного генератора импульсов будут описаны вместе с оценкой стойкости к dV/dt SiC-диодов Шоттки с напряжением 600 и 1200 В

Условия эксплуатации

Устойчивость к воздействию dV/dt является одним из требований, устанавливающих ограничение скорости переключения в режиме «жесткой» коммутации. В этом можно убедиться на примере корректора коэффициента мощности (PFC, рис. 1), где применение SiC-приборов становится все более популярным. Предельная скорость переключения MOSFET М1 ограничена максимальным значением dV/dt бустерного диода D1.

В данном примере потери включения М1 исследуются для двух вариантов диодов с лимитом dV/dt на уровне 50 и 100 В/нс. Первый этап анализа предполагает использование идеальных компонентов (без учета паразитных параметров) и идеального линейного режима коммутации. Рассмотрим следующее исходное состояние: транзистор М1 выключен, ток 20 А протекает через дроссель L1, что приводит к открыванию диода D1 и прохождению тока в нагрузку RLOAD. Напряжение на конденсаторе С2 составляет 800 В. Когда MOSFET М1 включается, D1 мгновенно оказывается обратно смещенным, а относящееся к нему ограничение dV/dt (50 В/нс или 100 В/нс) задает максимальную скорость нарастания напряжения «сток–исток» (V_DS) dV/dt силового транзистора.

Эпюры напряжения «сток–исток» V_DS и тока стока ID MOSFET показаны на рис. 2 для двух значений dV/dt (этот параметр имеет отрицательное значение, поскольку напряжение падает). Предполагается, что время спада тока одинаково для обоих случаев. Мгновенная мощность силового транзистора (p = I×V) и энергия переключения (E = ∫P×dt) рассчитаны на основе полученных данных, результаты представлены на рис. 3.

Пиковая мгновенная мощность равна для обоих рассматриваемых случаев, она также одинакова в ходе нарастания тока в процессе коммутации (t = 5–10 нс). Однако время, которое требуется для того, чтобы мощность упала до нулевого уровня для случая 50 В/нс, оказывается в два раза больше. Энергия переключения E_sw при нарастании тока (от 5 до 10 нс) одинакова для обоих случаев. Основное отличие величины E_sw наблюдается во время спада напряжения (>10 нс). Энергия переключения для варианта 50 В/нс в этом же временном интервале в два раза выше, чем при dV/dt = 100 В/нс.

Очевидно, что такая разница оказывает сильное влияние на общее значение энергии динамических потерь. Величина E_{sw_tot} для случая 50 В/нс составляет 168 мкДж по сравнению с 104 мкДж, т. е. на 61,5% больше, чем при dV/dt = 100 В/нс. Отметим, что коммутационные потери определяются как произведение частоты на энергию переключения. Существенная разница значений E_sw для этих двух случаев иллюстрирует необходимость обеспечения максимальной стойкости к dV/dt для минимизации коммутационных потерь, повышения эффективности системы и даже возможности работы на более высоких частотах.

Генератор импульсов с последовательно включенными лавинными транзисторами

Оценка стойкости к dV/dt требует формирования очень быстрых высоковольтных импульсов. Для этого используются разнообразные приборы, например генераторы на основе реле, увлажненных ртутью [3], и лавинных транзисторов [4–12]. Ртутные реле исторически использовались для создания экстремально быстрых фронтов. К сожалению, для формирования высоковольтных импульсов, необходимых для данных исследований, требуется разработка реле специальной конструкции. Второй широко используемый подход связан с применением биполярного транзистора (BJT) в лавинном режиме. Это происходит, когда напряжение «коллектор–эмиттер» превышает предельное значение V_CEO, и транзистор переходит в состояние вторичного пробоя.

При ограничении времени перехода транзистора в режим вторичного пробоя он может быть использован как очень быстрый высоковольтный ключ с низким уровнем джиттера. Этот способ подходит для тестирования стойкости мощных SiC-приборов к dV/dt, однако характеристики и надежность обычных биполярных транзисторов не гарантируют их продолжительную работу в таком режиме. Существуют так называемые лавинные BJT-приборы, специально разработанные для использования в состоянии вторичного пробоя. Генераторы на основе лавинных транзисторов широко используются для управления ячейками Поккельса, фотохронографами, лазерами и пр. Они являются отличным выбором и для настоящих исследований.

Для формирования высоковольтных импульсов лавинные транзисторы соединяются последовательно. Такая же схема была реализована и в данной работе. Характеристики генератора импульсов, показанного на рис. 4, оценивались на активной нагрузке 200 Ом. Напряжения измерялись с помощью высоковольтного пробника, подключенного непосредственно к разъему BNC, с адаптером, позволяющим устранить индуктивность заземляющего провода. Эпюры были получены с помощью цифрового осциллографа с частотой дискретизации 350 МГц (время нарастания — 1 нс) и пробника с частотой 400 МГц, 100V1 (время нарастания — 900 пс). Общее время нарастания сигнала, обусловленное частотными характеристиками осциллографа и пробника, составляет 1,35 нс.

В схеме использованы три последовательных транзистора с максимальным значением V_CEO = 40 В. В установившемся режиме работы входное напряжение 400 В делится поровну, в результате чего напряжение «коллектор-эмиттер» V_CE на каждом транзисторе достигает 133 В, что находится очень близко к лавинному состоянию. Схема работает следующим образом: на вход подается импульс управления, что вызывает лавинный пробой транзистора Q3. Далее вследствие «эффекта домино» происходит развитие лавинного процесса в двух остальных транзисторах. После этого конденсатор С1, подключенный к верхнему терминалу схемы, разряжается в течение менее чем 2 нс. Результатом описанного процесса является формирование отрицательного импульса с высоким значением dV/dt на нагрузочном резисторе RLOAD. Форма выходного импульса со временем нарастания 1,35 нс представлена на рис. 5.

Тестирование стойкости диода SiC Шоттки к

Наличие аттестованного высокоскоростного генератора импульсов позволяет протестировать стойкость к dV/dt диодов Шоттки Wolfspeed C3D03060A (600 В, 3 А). Цель испытаний состояла в использовании новой измерительной установки для подачи очень быстрого импульса на диод C3D03060A и проверки возможного уровня ограничения по dV/dt. Подобная процедура позволяет провести более надежную оценку серии диодов C3D, чем это было сделано в предыдущих исследованиях. Лавинный генератор импульсов создан на основе последовательного соединения кремниевых биполярных транзисторов 2N5551 (V_{CEO_max} = 160 В) для достижения более высоких значений переходных напряжений. В ходе проверки нагрузочный тестовый резистор 200 Ом (RLOAD) был заменен на испытуемый диод DUT (Device Under Test), а амплитуда испытательного импульса была установлена на уровне 800 В. Схема установки показана на рис. 6, результаты теста — на рис. 7.

Базовое значение dV/dt для диода с напряжением 600 В составляет 50 В/нс [13]. Это примерно в три раза выше, чем показали предыдущие измерения, выполненные Wolfspeed. Как и ранее, в ходе этих испытаний не произошло ни одного отказа. Полученные данные наглядно демонстрируют стойкость диода C3D03060A и всего семейства C3D к dV/dt. Для подтверждения результатов испытаний необходимо провести дальнейшие тесты, однако проведенные измерения уже показали, что диоды Wolfspeed Шоттки C3D способны выдерживать более 300 В/нс. Следующим логическим шагом является проведение аналогичных испытаний диодов Wolfspeed семейства C4D с рабочим напряжением 1200 В, чтобы подтвердить их стойкость к dV/dt.

В качестве испытуемого прибора (DUT) для этих тестов был выбран диод C4D10120A (1200 В, 10 А). Схема испытательной установки показана на рис. 8. Тестовое напряжение VDD в ней установлено на уровне 1000 В. Следует отметить, что схема генератора импульсов должна быть изменена, для того чтобы учесть новую величину VDD, а также тот факт, что номинальное напряжение VRRM = 1200 В у диода C4D10120A вдвое больше, чем у C3D03060A.

Два кремниевых транзистора 2N5551 заменены на один Wolfspeed SiC MOSFET C2M0080120D. Он быстро включается с помощью импульса, подаваемого на оставшийся в схеме лавинный транзистор 2N5551. Открывание SiC MOSFET-ключа вызывает разряд подключенного к верхней клемме SMD-конденсатора на общий провод, в результате чего обратно смещенный импульс 1000 В прикладывается к испытуемому диоду DUT. Измерение напряжения проводилось с помощью низкоимпедансного резистивного делителя, чтобы минимизировать дребезг.

Как показано на рис. 9, измеренное обратное значение dV/dt составляет 490 В/нс. Это примерно в шесть раз выше типового значения 80 В/нс, приводимого для SiC JBS-диодов с напряжением 1200 В [15]. В ходе испытаний не было выявлено ни одного отказа. Полученные результаты наглядно демонстрируют стойкость к dV/dt JBS-диодов C4D10160A и дают четкое подтверждение надежности всего семейства C4D.

Заключение

Стойкость SiC-диодов Шоттки к воздействию dV/dt является проблемой для многих разработчиков. Цель данной работы состояла в создании высокоскоростного генератора импульсов, способного подвергнуть тестируемое устройство воздействию импульса с показателем dV/dt, значительно превышающим реальные значения, что необходимо для оценки надежности SiC-диодов Шоттки Wolfspeed семейств C3D и C4D. Диоды Wolfspeed продемонстрировали стойкость к dV/dt, в шесть раз превышающую общепромышленные показатели. Измеренные в ходе тестов значения dV/dt составили 295 и 490 В/нс соответственно. Важно отметить, что в ходе испытаний не произошло ни одного отказа, а значит, фактические возможности диодов Wolfspeed превышают измеренные значения. Во время написания статьи предельные показатели dV/dt для этих устройств остаются неизвестными.

Перевод:

Евгений Карташов;
Андрей Лебедев
[email protected]

Эксплуатация цепи лавинного транзистора и ее применение

Транзистор — это устройство, которое используется для регулирования тока и напряжения в цепи. Он действует как переключатель или ворота для электронных сигналов. Транзистор состоит из трех слоев полупроводникового материала, такого как кремний или германий, с трех выводов. Когда ток или напряжение прикладываются к одной паре выводов транзистора, он управляет током через другую пару выводов. Транзистор — это базовый элемент ИС.

Биполярный переходной транзистор (BJT) — это тип транзистора, в котором используются электронные и дырочные носители заряда, в то время как полевой транзистор (FET) использует только один тип носителя заряда. BJT использует для своей работы два перехода, образованные между полупроводниками p-типа и n-типа. Они доступны в типах NPN и PNP. Биполярные транзисторы используются в качестве усилителей и переключателей в электронных схемах.

Что такое лавинный транзистор?

Лавинный транзистор — это транзистор с биполярным переходом.Это работает в области характеристик тока коллектора или напряжения между коллектором и эмиттером за пределами напряжения пробоя коллектор-эмиттер, что называется областью лавинного пробоя. Для этой области характерно явление лавинного разрушения.

Лавина

Когда полупроводники p-типа и n-типа входят в контакт, вокруг p-n-перехода образуется обедненная область. Ширина области обеднения уменьшается с увеличением напряжения прямого смещения, в то время как область обеднения увеличивается в состоянии обратного смещения.На рисунке ниже показаны ВАХ p-n перехода в условиях прямого и обратного смещения.

На рисунке показано, что ток через полупроводник увеличивается с увеличением уровня напряжения при прямом смещении. Кроме того, существует определенный минимальный ток, протекающий через p-n переход при обратном смещении. Этот ток называется током обратного насыщения (Is).

На начальном этапе обратный ток насыщения Is не зависит от приложенного напряжения, но по достижении определенной точки соединение выходит из строя, что приводит к сильному протеканию обратного тока через устройство.Это связано с тем, что по мере увеличения обратного напряжения кинетическая энергия неосновного носителя заряда также увеличивается. Эти быстро движущиеся электроны сталкиваются с другими атомами, чтобы отбить у них еще несколько электронов.

Освободившиеся таким образом электроны высвобождают еще больше электронов из атомов, разрывая ковалентную связь. Этот процесс известен как умножение несущих, и это приводит к значительному увеличению тока через p-n переход. Это явление называется лавинным пробоем, а напряжение — напряжением лавинного пробоя (VBR).

Лавинный пробой происходит в слаболегированном p-n переходе, когда обратное напряжение превышает 5В. Кроме того, это явление трудно контролировать, поскольку количество генерируемых носителей заряда нельзя контролировать напрямую. Кроме того, напряжение лавинного пробоя имеет положительный температурный коэффициент, что означает, что напряжение лавинного пробоя увеличивается с увеличением температуры перехода.

Генератор импульсов лавинного транзистора

Генератор импульсов может генерировать импульс с временем нарастания около 300 пс.Следовательно, он очень полезен при измерении полосы пропускания, а также используется в проектах, где требуется импульс с быстрым временем нарастания. Генератор импульсов можно использовать для расчета полосы пропускания осциллографа. Преимущество генератора импульсов на лавинных транзисторах состоит в том, что это намного более дешевый способ, чем использование метода 3D, который требует высокочастотного функционального генератора.

Вышеупомянутая схема представляет собой схему генератора импульсов лавинного транзистора. Это чувствительная высокочастотная схема с микросхемой LT1073 и транзистором 2N2369.В этой схеме используется свойство пробоя транзистора.

Обычные микросхемы, такие как микросхема таймера 555 или логические элементы, не могут генерировать импульсы с быстрым нарастанием времени. Но лавинный транзистор помогает производить такие импульсы. Для лавинного транзистора необходим преобразователь на 90 В, поддерживаемый схемой LT1073. 90 В поступает на резистор 1М, соединяющий транзистор 2N2369.

Транзисторный резистор подключен к резистору 10 кОм, поэтому 90 В не могут проходить через него напрямую. Затем ток сохраняется в конденсаторе 2 пФ.Транзистор имеет напряжение пробоя 40 В, а на него подается 90 В постоянного тока. Поэтому транзистор выйдет из строя, и ток из конденсатора разрядится в базу-коллектор. Это создает импульс с очень быстрым нарастанием. Это длится недолго. Транзистор очень быстро восстанавливается и становится непроводящим. Конденсатор снова накапливает заряд, и цикл повторяется.

Моностабильный мультивибратор

Моностабильный мультивибратор имеет одно стабильное и квазистабильное состояние.Когда к схеме применяется внешний триггер, мультивибратор переходит из стабильного состояния в квази-состояние. Через некоторое время он автоматически вернется в стабильное состояние без какого-либо внешнего триггера. Период времени, необходимый для возврата в стабильное состояние, зависит от пассивных элементов, таких как резисторы и конденсаторы, используемых в цепи.

Работа цепи

Когда в схеме нет внешнего триггера, один транзистор Q2 будет в состоянии насыщения, а другой транзистор Q1 будет в состоянии отсечки.Q1 находится под отрицательным потенциалом, пока не сработает внешний триггер. После подачи на вход внешнего триггера Q1 включится, и когда Q1 достигнет насыщения, конденсатор, подключенный к коллектору Q1 и базе Q2, выключит транзистор Q2. Это состояние выключенного транзистора Q2 называется нестабильным или квазисостоянием.

Когда конденсатор заряжается от Vcc, Q2 снова включается, и Q1 автоматически выключается. Таким образом, время, необходимое конденсатору для зарядки через резистор, прямо пропорционально нестабильному состоянию мультивибратора при срабатывании внешнего триггера.

Характеристики лавинного транзистора

Лавинный транзистор имеет характеристики пробоя при работе с обратным смещением, это помогает при переключении между цепями.

Применение лавинного транзистора

• Лавинный транзистор применяется в качестве переключателя, линейного усилителя в электронных схемах.
• Основным применением лавинных транзисторов является генерация импульсов с очень коротким временем нарастания, которые используются для генерации импульса выборки в коммерческом осциллографе.
• Одна интересная возможность — применение в качестве усилителя класса C. Это включает в себя переключение работы лавинного транзистора и должно использовать полный диапазон напряжения коллектора, а не только небольшую его часть.

Таким образом, речь идет о характеристиках лавинного транзистора и его применении. Мы надеемся, что вы лучше понимаете эту концепцию. Кроме того, любые сомнения относительно этой концепции или реализации проектов электроники, пожалуйста, дайте свои ценные предложения, комментируя в разделе комментариев ниже.Вот вам вопрос: Что такое лавинный транзистор?

Лавинные транзисторные генераторы импульсов — электронные проекты для развлечения

В следующем материале показаны некоторые изготовленные мной лавинные транзисторные генераторы:

Схема практически одинакова для всех типов транзисторов, которые я пробовал:

Это просто пример для входа 100 В. Есть входной фильтр, затем у нас есть делитель напряжения, который должен быть установлен на значение, при котором транзистор просто не лавинно без сигнала запуска.Энергия импульса лавины хранится в небольшом конденсаторе . Другой альтернативой крышке накопителя является короткий коаксиальный кабель 50 Ом, дающий импульсы прямоугольной формы, длительность которых пропорциональна длине кабеля. Эмиттер транзистора имеет рабочий резистор 50 Ом, который передает импульс на внешнюю нагрузку. Схема триггера имеет некоторые защитные элементы для предотвращения утечки импульсной мощности обратно в генератор триггера.

Некоторые предостережения:

• Частота повторения импульсов должна быть достаточно низкой, чтобы у крышки накопителя было достаточно времени для перезарядки.
• Если увеличить емкость накопителя, амплитуда и ширина импульса также увеличатся, но слишком большая крышка пробьет ваш транзистор и убьет его.

Образец печатной платы для транзисторов в корпусе TO-18 показан ниже (платы для других корпусов транзисторов выглядят аналогично):

Я провел эксперименты со следующими транзисторами:

• 2N2368, 2N2369
• 2N3700
• BC140-16
• BD239
• BFR91A

Лавинное поведение обычно не является определенной особенностью транзисторов (за исключением некоторых типов ZETEX), и даже не гарантируется, что лавина вообще произойдет.Вам нужно будет протестировать каждое устройство индивидуально перед использованием.

Импульсные измерения были выполнены на осциллографе Tektronix MSO4104 с частотой 1 ГГц и на осциллографе PicoScope 9200 с частотой 12 ГГц. Ясно, что осциллограф реального времени здесь находится на пределе пропускной способности; поэтому иногда огромные различия во времени нарастания объяснимы. Другая проблема — несовершенное согласование осциллографа реального времени в верхнем частотном углу; это означает, что амплитуды сигнала не должны быть очень точными (в любом случае следует ожидать падения -3 дБ на углах полосы).

Запуск осциллографа реального времени прост, но для осциллографа выборки требуется внешний триггер для измерения хорошего качества. Триггерный сигнал был получен непосредственно от генератора входных импульсов с линией задержки (10 м коаксиального кабеля) между генератором импульсов и входом триггера лавинной головки.

Лавина — это «хаотический» процесс, вызывающий сильное дрожание выходного сигнала. Причиной этого является довольно неопределенное время от начала триггерного сигнала до образования лавины носителей, зависящее от сильно флуктуирующей, очень малой начальной концентрации свободных носителей в обедненной зоне широкой непроводящей базы / коллектора. переход под высоким напряжением.Сильный и быстрый сигнал запуска может улучшить, но никогда не устранить дрожание.

Ниже вы можете увидеть осциллограф в реальном времени 1 ГГц для транзистора 2N2368:

… и теперь на осциллографе (с использованием аттенюатора 20 дБ):

Если посмотреть на время нарастания, у нас есть ок. 480ps на осциллографе реального времени 1 ГГц и 367ps на осциллографе. Время нарастания добавляется геометрическим сложением, так что это правдоподобно. Амплитуда была ок. 10В в обоих случаях.

Следующий пример — транзистор 2N3700, первый с MSO4104:

Это настоящий привкус! У нас амплитуда сигнала 42 В при времени нарастания 437 пс.Пульс закончился примерно через 30 минут. 850ps.

Сейчас в области выборки:

Время нарастания здесь 440 пс, амплитуда сигнала 40 В.

Далее идет СВЧ-транзистор, BFR91A:

Здесь мы видим 6 Вольт со временем нарастания 467 пс. На пробоотборнике это выглядит так:

Время нарастания здесь всего 240 пс, так что неплохо.

И наконец, низкочастотный аудиотранзистор, BD239:

… а в области выборки:

Амплитуда сигнала довольно большая (46 В), но время нарастания довольно медленное (прибл.1нс). Однако форма сигнала очень чистая.

Некоторые очень полезные советы по высокоскоростным методам в целом и пример лавинного генератора могут быть получены от знаменитого Джима Вильямса в его заметках по применению AN47 от Linear Technologies.

Щелкните здесь, чтобы просмотреть инструкцию по применению AN47 Джима Уильямса

Нравится:

Нравится Загрузка…

7 Лавинные транзисторы | открытие

7. Лавинные транзисторы

В этом разделе есть ссылки:

A — Документы по лавинным транзисторам

J — Примечания по применению Джима Уильямса, Linear Technology Corp

R — Критерии выбора транзистора на лавину

V — Сайты, связанные с транзисторами AValanche

В связи с распространением неработающих ссылок по возможности предоставляются копии документов (синие).

Драйверы ячеек с переключателем добротности проекта LHC используют лавинные транзисторы.

В сети есть много статей (некоторые из которых перечислены ниже) о лавинных драйверах, и многие обычные транзисторы были исследованы на предмет пригодности. Для поккельсовского драйвера, требующего чего-то порядка λ / 4 импульса 3,4 кВ, предпочтительным выбором обычно является либо цепочка дорогих лавинных транзисторов ZTX415, либо вручную подобранные дешевые обычные транзисторы 2N5551.

Я сопоставил приведенную ниже таблицу из всех веб-источников, которые мне удалось найти в 2016 году; на каждый из них есть ссылки под таблицей, а также мои объяснения по выбору подходящих транзисторов.

Я решил протестировать несколько своих обычных транзисторов, чтобы лучше понять процесс выбора и лучший выбор для моего приложения, подробности о котором приведены ниже. Я тестировал транзисторы, валяющиеся в коробке с запчастями, а также некоторые из них, купленные очень дешево на eBay China: 2N5551 TO-92 и SMD 2 доллара за 100.
Я определил напряжение пробоя с помощью измерителя кривой Tektronix 577, подробности см. Внизу этой страницы.

Важно понимать, что детали одного производителя, скорее всего, не будут вести себя так же, как детали другого. Очень немногие документы подтверждают это; A7 — очень долгожданное исключение.

Я обнаружил [A7] спустя много времени после того, как провел свои собственные тесты, которые показали, что BF392 и повсеместный 2N5551 были хорошими кандидатами для лавинного использования, но я не знал производителей.Прочитав [A7], я отказался от BF392 отчасти потому, что он рассчитан на более низкую частоту, но главным образом потому, что у меня их было немного по сравнению с многочисленными 2N5551; это, а не коммерческое предприятие, исключает необходимость в известном производителе. Как и многие другие, я остановился на 2N5551. Единственное мое достижение по сравнению с [A7] — это устройство теперь доступно в корпусе SMD с более низкой индуктивностью и емкостью, и это может быть моим окончательным выбором. [E42]: Индекс кодирования полупроводников для поверхностного монтажа за 2007 год (и ссылка на онлайн-индекс кодирования за 2014 год).

Я нашел статью 1980 года [A22] только после того, как все это написал. В этой статье проверяется очень много транзисторов
, включая схемы. Я намерен провести больше тестов и измерений на основе этой статьи.

Ключ:

Vav = испытанное лавинное (пробивное) напряжение
TrAv = время нарастания лавины (только передний фронт: импульс положительного напряжения),

TfAv = время спада лавины (только передний фронт: импульс отрицательного напряжения),

Apk * = максимальный стабильный импульсный ток 5 нс (см. Документ [A7] стр. 12)

Mn: E = EPITAXIAL, P = PLANAR, EP = EPITAXIAL PLANAR, ME = диффузное основание MESA, AN = ANNULA

TO-92 — он же SOT54; производитель известен только там, где указано (сокращения: Mot = Motorola, NS = National Semiconductor)

См. Ниже в этой таблице все упомянутые документы (A, J, T) и веб-сайты, связанные с лавинами (V)

Обычные транзисторы: + -металлический или пластик
Part Pol Freq Vce Vcb Vav Icdc P A / Ppk | Pkg SMD TrAv TfAv Mn Part Manf // Документы (A, J, T) / Веб-сайт (V)
2N657 NPN 40 МГц 100 В = 100 В 230 В 0.50A 1,00 Вт 4,00 Вт пик M TO-39 — 4,0 EP 2N657 A2
2N697 NPN 20 МГц 40 В 60 В 140 В 0,15 A 0,65 Вт 2,00 Вт пик M TO-39 — 3,0 EP 2N697 A2
2N706 NPN 200 МГц 20 В 25 В 58 В 0,01 A 1,00 Вт M TO- 18 — 3,0 EP 2N706 A2
2N914 NPN 300 МГц 15 В 40 В 0,15 A 0,36 Вт M TO-18 — 3,5 нс EP 2N914 A1
2N1072 NPN 70 МГц 75 В? 2,00 A 5,00 Вт M TO-38 — ME 2N1072 R2d
2N2222 NPN 250 МГц 30 В 60 В 90 В 0.80A 1.80W M TO-18 — EP 2N2222 V4
2N2369 NPN 500MHz 15V 40V 90V 0.20A 0.36W M TO-18 — 350ps? EP 2N2369 J1-5, A12, V6
2N2369A NPN 500 МГц 15 В 40 В 82 В 0,20 А 0,36 Вт M TO-18 — 600 пс 600 пс EP 2N2369A V2, V5
KTN2369A NPN 500 МГц 15 В 40 В 0,50 0,63 Вт P TO-92 — EP KTN23694A V3 MPS2369 NPN 100 МГц 15 В 40 В 0,20 A 0,63 Вт P TO-92 — EP MPS2369 V6
PN2369A NPN 100 МГц 15 В 40 В 82 В 0.20A 0,36W P TO-92 — EP PN2369A V6
2N2501 NPN 350MHz 20V 40V 0,01A 0,36W M TO-18 — EP 2N2501 J4
2N3019 NPN 100MHz 80V 140V 175V 1.00A 0.80W 5.00Wpk M TO-39 — 2.0ns EP 2N3019 A2
2N3020 NPN 100 МГц 80 В 140 В 180 В 1,00 A 0,80 Вт 5,00 Вт пик M TO-39 — 2,0 нс EP 2N3020 A2
2N3641 NPN 150 МГц 30 В 60 В 250 В 0,50 A 0,35 Вт P TO-92/105 EP 2N3641 A3, A4
2N3700 NPN 20 МГц 80 В 140 В 260 В 1.00A 1.80Вт 20Apk * M TO-18 — EP 2N3700 A4, Nat Semi A7, A20
2N3904 NPN 250MHz 40V 60V 0.20A 0.63W P TO-92 — EP 2N3904 A8, A18.A19, V4, R1c
2N4014 NPN 300MHz 40V 80V 132V 2.00A 1.40W 20Apk * M TO-18 — EP 2N4014 Motorola A7

2N5190 NPN 2 МГц 40 В = 40 В 4,00 А 40,0 Вт M TO-225 — EP 2N5190 A13
2N5192 NPN 2 МГц 80 В 40 В 4,00 A 40,0 Вт M TO-225 — EP 2N5192 A13, A15
2N5271 NPN МГц 280 В 200 В 5.00A 0.60W M TO-39 — EP 2N5271 V1
2N5550 NPN 100MHz 140V 160V 0.30A 0.63W P TO-92 — EP 2N5550 A6, A10
2N5551 NPN 100MHz 160V 180V 375V 0.30A 0.63W 28Apk * P TO-92 — 300ps EP 2N5551 Mot A5, A6, A7, A10, A11, A14, A18-A20
2N5681 NPN 30 МГц 100 В = 100 В 320 В 1,00 A 1,00 Вт M TO-39 — EP 2N5681 A4
BFG541 NPN 9000 МГц 15 В 20 В 50 В 0,12 A 0,65 Вт P — SOT223 150ps EP BFG541 V2
BFR91 NPN 9000 МГц 12 В 15 В 0.03A 0,18 Вт P — SO50 EP BFR91 A12
BFR505 NPN 9000 МГц 15 В 20 В 30 В 0,02 A 0,15 Вт P — SOT23 70ps EP BFR505 V3b
BSX61 NPN 250 МГц 45 В 70 В 160 В 1,00A 0,80 Вт M TO-39 — EP BSX61200 A4
MJ 25 В 5,00 А 15,0 Вт M TO-126 — E MJE200 A13
MPS6601 NPN 100 МГц 25 В = 25 В 180 В 1,00 A 0,63 Вт P TO-92 — 1,0 нс EP MPS6601 A2
SS9013 NPN 149 МГц 30 В 40 В 0.50A 0.63W P TO-92 — EP SS9013 V4
ZTX300 NPN 150MHz 25V 25V 185V 0.50A 0.30W 20Apk * P E — EP ZTX300 A7

ZTX304 NPN 150 МГц 70 В = 70 В 0,05 А 0,30 Вт P TO-92E — EP ZTX304 A6
ZTX653 NPN 140 МГц 100 В 120 В 243 В 6.0pk 1,00 Вт 20Apk * P E — EP ZTX653 A7

Проверено мной n / n = (количество протестированных при> = напряжение / общее количество протестированных):
Part Pol Freq Vce Vcb Vav Icdc P A / Ppk Pkg SMD TrAv TfAv Mn Part Paper / Website ref (см. Ниже)

BC182 NPN 150 МГц 50 В 60 В> 188 В 4/6 0.10A 0,35 Вт P TO-92 — EP BC182
BC457 NPN 300 МГц 45 В 50 В> 140 В 4/6 0,10 A 0,50 Вт P TO-92 — EP BC457
BC547 NPN 300 МГц 50 В 45 В> 132 В 4/4 0,10 A 0,50 Вт P TO-92 — EP BC547
BF392 NPN 50 МГц 250 В = 250 В> 416 В 5/5 0,50 А 0,63 Вт 1,50 Вт PE — EP BF392
BF393 NPN 50 МГц 300 В = 300 В> 350 В 5/5 0,50 А 0,63 Вт 1,50 Вт P TO-92 — EP BF393 Motorola
2N2222A NPN 250 МГц 30 В 60 В> 136 В 4/4 0.80A 1,80 Вт M TO-18 — EP 2N2222A A8, A18
2N2369A NPN 500 МГц 15 В 40 В> 60 В2 / 2 0,20 A 0,36 Вт M TO-18 — EP 2N2369A V2, V5
2N3904 NPN 250 МГц 40 В 60 В> 108V2 / 2 0,20 A 0,65 W P TO-92 — EP 2N3904 A8, A18.A19, V4, R1c
2N5551 NPN 100 МГц 160V 180V> 384V8 / 9 0,30A 0,63W P TO-92 — EP 2N5551 A5, A6, A7, A10, A11, A14, A18-A20
MMBT5551 NPN 100 МГц 160 В 180 В> 390 В 20 0,60 А 0.35 Вт P — SOT23 EP MMBT5551 (eBay China) БОЛЬШЕ НЕТ В НАЛИЧИИ
MMBT5551 NPN 100 МГц 160 В 180 В> 162V4 / 4 0,60 A 0,35 Вт P — SOT23 EP MMBT5551 (eBay China) Цзянсу Чанцзян

MMBT5551 NPN 100 МГц 160 В 180 В> 300 В 4/4 0,60 А 0,35 Вт P — SOT23 EP MMBT5551 (eBay UK) Motorola

KST5551 NPN 100 МГц 160 В 180 В> 232V8 / 9 0,60 A 0,35 Вт P — SOT23 EP KST5551 (eBay China)
2N5262 NPN 250 МГц 50 В 50 В> 148V3 / 6 2.00A 0.80W M TO-39 — EP 2N5262 RCA

ZTX601 NPN 150 МГц 160 В 180 В> 204V4 / 7 1.00A 1.00 Вт 4.00Apk PE — EP ZTX601 Zetex
ZTX650 NPN 140 МГц 45V 60V> 208V5 / 8 2.00A 1.00W 6.00Apk PE — EP ZTX650 Zetex 9000VN 80VM 80 Zetex 9000VN 140> / 1 2.00A 1.00W 6.00Apk PE — EP ZTX651 Zetex

Другое
2N2219A NPN 250MHz 50V 0.80A 3.00W M TO-39 — плохая распиновка EP 2N2219A
2N4401 NPN 250MHz 40V 60V 0.63A 0.60W P TO-92 — EP 2N4401 (внутри драйвера Inrad 2-015 Qswt)

2N6515D NPN 40 МГц 250 В = 250 В 0,50 A 0,63 Вт 1,50 Вт пик M TO-92 — EP 2N6515D

Нет данных:
RT3333 — — 250Vbr — Raytheon Tr1.5ns Tf2.5ns? RT3333 A4 НЕТ СПЕЦИФИКАЦИИ
CX1116 PNP — 200Vbr — Cermex Tr0.8ns Tf2.0ns? CX1116 A4 NO DATASHEET
2SB1116 PNP — 60V 60V 1.00А 0,75Вт П ТО-92? 2SB1116 CX1116 около эквивалента.

Лавинные транзисторы:
2N5271 NPN MHz 250V 200V — 280Vbr 5.00A 0.60W M TO-39 — = 1.0ns AN 2N5271 V1 древний анобтаниум
RS3500 NPN -? E RS3500 Raytheon A7, A20 то же самое

RS3944 NPN 200V 194V 1.00A 20Apk * -? E RS3944 Raytheon A7 то же самое
ZTX413 NPN 150 МГц 50 В 0.50W 50Apk P TO-92E — 1.0нс? 1.0нс? P ZTX413 A12
ZTX415 NPN 40 МГц 100 В 260 В 335 В 0,68 Вт 60 Apk * P TO-92E — 1,0 нс? 1.0нс? P ZTX415 A7, A12, A15, A16, A17, V1
FMMT413 NPN 150 МГц 50 В 0,33 Вт 50 Apk P — SOT23 P FMMT413 A18
FMMT415 NPN 40 МГц 100 В 0,33 Вт 60 Apk P — SOT23 P FMMT415 100V NPK 0,3413, A413, A 18 W 60Apk P — SOT23 100ps P FMMT417 A9, A15, A18

Выбор транзисторов — лучшие типы транзисторов для лавин.

Самый простой способ создать лавинный высоковольтный драйвер — использовать специально разработанные лавинные транзисторы Zetex ZTX415 и т. Д., Однако они очень дороги, обычно по 10 долларов за штуку. Как и авторы большинства статей, я пошел по пути выбора обычных недорогих транзисторов.

Из статей и статей, которые я прочитал, большинство из которых перечислены ниже, я сформулировал следующие исходные критерии выбора обычных транзисторов для работы в лавинном режиме для использования в качестве драйверов добротности для проекта LHC.Примечание. Окончательный выбор обычно определяется на основании испытаний характеристик и приработки.

1. Низкая стоимость

2. Старые устройства

3. Эпитаксиальный

4. Сильноточная обработка

5. Рассеивание большой мощности

6. Частота не менее 100 МГц

7. Короткое время нарастания / спада на передней кромке

8. Малый корпус: низкая индуктивность и емкость

9. Vcbo как можно выше (меньше устройств: ниже C, L)

10.Распиновка лучше всего подходит для низких C, L

11. Vcbo рядом с Vceo

12. Hfe ~ 120 (см. Статью [A10], но трудно достичь без огромного количества образцов)

Я предполагаю, что причина того, что старые устройства лучше, о чем я читал: более прочные, заключается в том, что они содержат больше материала, чем современные устройства, которые оптимизированы с помощью более тонкой геометрии, чтобы увеличить выход на пластину и минимизировать количество этапов производства, чтобы уменьшить Стоимость.

R1a EPITAXIAL: «Эпитаксия означает нанесение кристаллического верхнего слоя на кристаллическую подложку»
http://en.wikipedia.org/wiki/Epitaxy

R1b Патент на [эпитаксиальный] быстро переключающийся сильноточный лавинный транзистор
Публикация номер US3319138 A, 09-May-67
Inventors H.Bergman Jr, J.Brixey, D.Tschudi
Правопреемник Texas Instruments Inc
‘В предпочтительном варианте осуществления настоящего изобретения твердая подложка с низким сопротивлением поддерживает эпитаксиальный слой, имеющий удельное сопротивление, по крайней мере, на порядок выше, чем у указанной подложки.Базовый слой на поверхности эпитаксиального слоя имеет толщину примерно одну четвертую толщины эпитаксиального слоя. Эмиттерный слой в основном слое имеет толщину примерно шесть десятых толщины основного слоя. Рис. 1 представляет собой разрез эпитаксиального транзистора. (см. ниже)
http://www.google.co.uk/patents/US3319138

R1c Обсуждение: эпитаксиальные транзисторы
ВЕБ-САЙТ Группы Google, sci.electronics.design
Дж. Ларкин, Highland Technology Inc., 8 октября -12:
‘Современные эпитаксиальные транзисторы плохо лавинообразны.Иногда подходят более старые типы диффузных переходов.
Зетексы производятся в России, предположительно на старой фабрике ».
T.Williams, 9 октября 2012 г .:
«Я всегда считал, что 2N3904 работают хорошо. Также работают быстрые и высокочастотные транзисторы ».
http://groups.google.com/forum/#!topic/sci.electronics.design/dLUdLxH6IYA

R2a MESA — диффузные переходы
‘Эти транзисторы были первыми, у которых были диффузные основания и рассеянные эмиттеры. К сожалению, как и у всех более ранних транзисторов, край перехода коллектор-база был открыт, что делало его чувствительным к утечке через поверхностные загрязнения, что требовало герметизации или пассивирования для предотвращения ухудшения характеристик транзистора с течением времени.’
[Герметичные плоские типы лучше]
http://en.wikipedia.org/wiki/Diffusion_transistor#Mesa_transistor

R2b Патент на структуру кремниевого меза-транзистора
Номер публикации US5128733 A, 07 июля 92
Inventor S.Tyson
Правопреемник United Technologies Corporation
‘Изобретение относится к улучшенной кремниевой мезаструктуре, в которой полевой изолятор выполнен так, чтобы перекрывать мезаструктуру на заданную величину вместе с обработкой мезы под структурой полевого изолятора.На фиг.5 показано поперечное сечение мезы, построенной в соответствии с изобретением. (увидеть ниже).
http://www.google.com.gt/patents/US5128733

R2c Wikipedia — меза-транзистор
‘Рассеянный кремниевый «меза-транзистор» был разработан в Bell в 1955 году и поступил в продажу Fairchild Semiconductor в 1958 году [29]. ], К. Лекюайер, Д. Брок (2010). Создатели микрочипа:
Документальная история Fairchild Semiconductor. MIT Press. С. 10-22. ISBN 9780262014243. ‘
http: // en.Википедия.
http://sites.google.com/site/transistorhistory/Home/us-semiconductor-manufacturers/western-electric-main-page

R3 PLANAR — «Планарные транзисторы имеют пассивирующий слой кремнезема для защиты краев перехода от загрязнения. , что делает возможной недорогую пластиковую упаковку без риска ухудшения характеристик транзистора со временем ».
http://en.wikipedia.org/wiki/Diffusion_transistor#Planar_transistor

R4 Vcbo = Vceo
ВЕБ-САЙТ Имя пользователя Madshaman, 01 ноября 13
«В одной статье описывается общее руководство по выбору кандидатов в транзисторы для лавинного режима на основе: Vcbo находится рядом с Vceo ‘
http://www.eevblog.com/forum/projects/scoping-signals-in-the-10s-of-kilovolts/msg320889/#msg320889

Рисунки ниже взяты из патентов выше:

US3319138 Рис. 1 Эпитаксиальный транзистор US5128733 Рис.5 Mesa диффузия

JIM WILLIAMS

Этот первый раздел зарезервирован для заметок по применению, подготовленных покойным Джимом Уильямсом из
Linear Technology Corp, поскольку его работа повсеместно признана эталоном для конструкции лавинного транзистора с использованием 2N2369. Все статьи, в которых упоминается этот транзистор, обычно были основаны на его исследованиях. Однако, как показывают более ранние статьи, приведенные ниже, транзисторы обрушились задолго до этого.

J1 2N2369
High Speed ​​Amplifier Techniques, P.93 — ПРИЛОЖЕНИЕ D Измерительный зонд-осциллограф,

Дж. Уильямс, Linear Technology AN-47, август 1991 г.
Отличная статья, описывающая методы измерения. Также содержит много других интересных тем.
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an47fa.pdf

J2 2N2369
Практическая схема для задач измерения и управления, стр.21: Запуск 250 пикосекунд нарастания Генератор импульсов Time
, J.Williams Linear Technology AN-61, август 1994 г.
http: // cds.linear.com/docs/en/application-note/an61fa.pdf

J3 2N2369
Измерение времени установления 30 нс для прецизионного широкополосного усилителя,
стр.18: Приложение B — Генераторы субнаносекундных импульсов с временем нарастания для богатых и бедных

Дж. Уильямс, Linear Technology AN-79, сентябрь 1999 г.
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an79.pdf

J4 2N2369, 2N2501 (ширина импульса на основе коаксиального кабеля)
Поворот Проверка скорости для широкополосных усилителей — Укрощение спада,

Дж.Уильямс, Linear Technology AN-94, май 2003 г.
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an94f.pdf

J5 2N2369
Преобразование мощности, измерения и импульсные схемы,

Дж. Уильямс, Linear Technology AN-113, август 2007 г.
http://cds.linear.com/docs/en/application-note/an113f.pdf

Документы по лавинным транзисторам со ссылками

A1 2N914 (P. 35) 2N2369 (P.41)
Генерация импульсов переменной ширины с использованием лавинных транзисторов, диссертация, W.Магнусон, 16 октября 62 г.
http://ir.library.oregonstate.edu/xmlui/bitstream/handle/1957/49919/MagnusonWaldoG1963%28109%29.pdf?sequence=5

A2 2N657, 2N697, 2N706, 2N3019, 2N3020
Генератор сильноточных наносекундных импульсов с использованием параллельных лавинных транзисторов, отчет лаборатории морских исследований 6539, 8 сентября 67, стр.10 имеет превосходный график критического демпфирования RLC
http://www.overunity.com/12736 / kapanadze-cousin-dally-free-energy / dlattach / attach / 115334

A3 2N3641
Повышение стабильности цепей последовательных лавинных транзисторов,

Дж.Пеллегрин, Стэнфордский центр линейных ускорителей, сентябрь 1969 г.
http://www.slac.stanford.edu/pubs/slacpubs/0500/slac-pub-0669.pdf

A4 2N3700, CTX1116, 2N5681, BSX61
Устройства развертки для пикосекунд Полосовые камеры с преобразователем изображений, 1979 г.

B.Cunin, J.Miehe, Université Louis Pasteur, M.Schelev, J.Serduchenko *, P.Lebedev, Physical
Inst., Академия наук СССР, МоскваJ; * Thebault Centre d’Etudes Nucléaires de Saclay, Франция
http: //www.iaea.org / inis / collection / NCLCollectionStore / _Public / 11/544 / 11544951.pdf

A5 2N5551
Цепь генерации импульсов 1000 В, 300 пс с использованием кремниевых устройств Sdvanced, Д. Бензель, М.Поче,

Ливерморская национальная лаборатория, 03 января 85 г.
* ТОЛЬКО ФАЙЛ * (СМ. НИЖЕ) 2N5551 1k2V 470pF 300ps импульсный генераторный транзистор лавинный RSI01456.pdf

A6 ZTX304, 2N5550, 2N5551

Быстрый демпфер резонатора для пикосекундного стеклянного лазера,
S.Oak, K.Bindra (1) B.Нараян и Ф.К. Хардекар (2), 05 августа 1990 г.,
1. Центр передовых лазерных технологий, Индор-452 012, Индия
2. Центр атомных исследований Бхабхи, Тромбей, Бомбей-400 085, Индия
http: //icecube.wisc.edu/~kitamura/NK/Flasher_Board/Useful/research/RSI00308.pdf

A7 2N4014, 2N5551, RS3500, RS3944 (Raytheon), ZTX300, ZTX653

Выбор лавинного транзистора для обеспечения долговременной стабильности в приложениях с разверткой и генератором импульсов для полосовой камеры
, S.Томас, Р. Гриффит, А. Теруя, 5 сентября 90 г.

http://www.google.co.uk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=10&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwil2qmHxajQAhUMLsAKHW7SDmoQFghkMAk&3Larch.NET .html% 3Fid% 3D56cf8088b0366daffc38e673% 26assetKey% 3DAS% 253A333145279877122% 25401456439432725 & usg = AFQjCNGnvDz2Fmkp3mdUORA9EsWa74zySQ

A8 2N3904, 2N2222A, MPS6601 (TO-92)
Описывает конструкцию печатной платы экспоненциальной линии передачи для противодействия индуктивности и формированию выходного импульса
Генерация импульса высокого напряжения с использованием второго пробоя в токовом режиме в биполярном переходном транзисторе,

р.Baker, EG&G, Rev.Sci.Instrum Vol 64, No 4, апрель 1991 г.
http://cmosedu.com/jbaker/papers/1991/RSI621991.pdf

A9 FMMT417
Драйверы субнаносекундных лавинных транзисторов для низкого импеданса Импульсные силовые установки,

Молина, А.Мар, Ф.Зутаверн, Г.Лубриэль, М.О’Мэлли, Sandia National Laboratories, 2002
Без URL — * ТОЛЬКО ФАЙЛ * (СМ. НИЖЕ) FMMT417 Драйверы субнаносекундных лавинных транзисторов — 2001_026.pdf

A10 2N5550, 2N5551
Схема транзисторного банка Маркса, обеспечивающая субнаносекундные импульсы высокого напряжения,

В.Рай, М. Шукла, Р. Хардекар, Центр передовых технологий, lndore 452 01 3, Индия, 22 ноября 93

В этой статье предлагается 2N5551 с Hfe ~ 120: классическая схема 2N5551, управляемая импульсным трансформатором
.
http://u.dianyuan.com/bbs/u/67/2354671216795047.pdf

A11 2N5551
Лазерный слайсер с регулируемой длительностью наносекундного импульса на основе переключателя на лавинном транзисторе высокого напряжения,

Дж. Чакера, П. Найк, С. Кумбхаре, П. Гупта Журнал Индийского института науки Том 76 № 2, 1996,

Мой файл: 643-1903-1-ПБ.pdf
http://journal.library.iisc.ernet.in/index.php/iisc/article/view/643/663

A12 2N2369, ZTX413, ZTX415, BFR91, (BFR51)
Поваренная книга аналоговых схем, I. Хикман, 2-е изд. стр. 26 — Работа с лавинными транзисторами, март 1996 г.
http://www.qsl.net/kb7tbt/manuals/Ham%20Help%20Manuals/Analog-Circuits-Cookbook.pdf

A13 FMMT415, MJE200, 2N5190, 2N5192 [TO 2N5192] -225A] (лавинные транзисторы)
Laser Pulser for Time-of-Flight Laser Radar, A.Kilpela, J. Kostamovaara, 18.02.97

Университет Оулу, Лаборатория электроники, Линнанмас, FIN-
Оулу, Финляндия
http: // icecube.wisc.edu/~kitamura/NK/Flasher_Board/Useful/research/RSI02253.pdf

A14 2N5551 (MY 1st REF)
Генерация высоковольтных импульсов с быстрым нарастанием напряжения с использованием лавинного транзистора, 27 апреля 1998 г.,
L.Jinyuan, S .Bing, C.Zenghu Государственная лаборатория технологии переходной оптики, Китай 710068
http://icecube.wisc.edu/~kitamura/NK/Flasher_Board/Useful/research/RSI03066.pdf

A15 ZTX415, FMMT417, 2N5sed192 Методы времяпролетного лазерного дальномера для быстрых высокоточных измерений Приложения
, A.Килпеля, технологический факультет, Университет Оулу, Финляндия, 30 января 2004 г.
http://jultika.oulu.fi/files/isbn9514272625.pdf

A16 ZTX415
Схема коммутации высоковольтных наносекундных импульсов на основе лавинного транзистора, 2008 г.

А. Тамури, Н. Бидин, Й. Дауд, University Teknologi, Джохор, Малайзия
http://core.ac.uk/download/pdf/11793217.pdf

A17 ZTX415
Коммутация в наносекундах для высоковольтной цепи с использованием лавинного режима Транзисторы, ноябрь 2009 г.,

А.Тамури, Н. Бидин, Й. Дауд, Технологический университет, Джохор, Малайзия
http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.652.6701&rep=rep1&type=pdf

A18 2N2222A, 2N3904 , 2N5551, FMMT413, FMMT415, FMMT417
Диссертация — Быстрый электронный драйвер для оптических переключателей, М. Вулстон, весна 2012 г.
В этой отличной статье исследуются различные топологии конструкции Q-переключателей.
Стр. 27: «Как правило, в плоских эпитаксиальных биполярных транзисторах с малым сигналом возникает лавина».
http: // dspace.library.colostate.edu/bitstream/handle/10217/67552/Woolston_colostate_0053N_10962.pdf?sequence=1

A19 2N3904, 2N5551
Характеристика возможностей DvDt импульсных диодов Шоттки Cree SIC с использованием транзистора Creeanche
(датировано после октября 2014 г.)
http://www.wolfspeed.com/downloads/dl/file/id/555/product/0/the_characterization_of_dv_dt_capabilities_of_cree_sic_schottky_diodes_using_an_avalanche_transistor_pulser.pdf 9000

A20 RS3500, 2N3700, 2N5551, (Raytheon)

Разработка X-ray Streak Vamera Electronics в AWRE, M.Джексон, Р. Лонг, Д. Ли, Н. Фриман Лазер,
Пучки частиц, Том 4, выпуск 1 февраля 1986 г., стр. 145-156

http://opensample.info/order/d8368a2169bc85360738d11e4518298d0d89d62b

A21 FMMT417

Компактный генератор субнаносекундных импульсов, использующий лавинные транзисторы для электровозмущения клеток
Исследования, П.Кришнасвами, П.Верньер, А.Кути, США, сентябрь 2007 г. Отличная статья.

http://www.google.co.uk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=3&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwjC4I3D1rzXAhWJDMAKHcyLCagQFgg8MAI%2url=https.researchgate.net% 2Fpublication% 2F3340933_Compact_Subnanosecond_Pulse_Generator_Using_Avalanche_Transistors_for_Cell_Electroperturbation_Studies & usg = AOvVaw2rifeKnnUQkPxbiAX3z5va

A22 2N5192, 2N4922, 2N4400, 2N4300, 2N3923, 2N3904, 2N3707, 2N3694, 2N3643, 2N3641, 2N3569, 2N3568,
2N3565, 2N3503, 2N3055, 2N1022219, 2N3503, 2N3055, 2N102222222N ,
2N697, TT3642, ZTX300, SE4010, MPS6520, BFY50, AX8001, AX6101 ДОБАВИТЬ ЭТО В МОЮ ТАБЛИЦУ ВЫШЕ

Быстрый высоковольтный драйвер лавинного Q-переключателя, ADA096543 Департамент АвстралииМинистерства обороны, август 1981 г.

http://www.google.co.uk/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=2&cad=rja&uact=8&ved=0ahUKEwiZgYqf1rzXAhXFC8AKHb48DuEQFgg1%F%F%D2&url=html -doc% 2Fpdf% 3FAD% 3DADA096543 & usg = AOvVaw3oaY9-UAMORB4_9jt6FKaq

A23 ZTX415
Транзистор для лавинного режима ZTX415, Н. Чаддертон, Zetex AN8, 02 января 1996 г.

https://www.mikrocontroller.net/attachment/79085/AN8_The_ZTX415_Avalanche_Mode_Transistor__ZET.pdf

ДОКУМЕНТЫ ПО ЛАВИНЕ БЕЗ ИСТОЧНИКОВ ИЛИ ССЫЛОК

A24 Импульсы с временем нарастания 2 нс, получаемые от кремниевых меза-транзисторов Fairchild 2N696-2N697 в лавинном режиме,
I.Haas, Fairchild App. Данные, Приложение 1, 1958

A25 Температурный отклик транзисторов в лавинном режиме,
Р. Бисон, И. Хаас, В. Гринич, Fairchild Semiconductor, Технический доклад 6, октябрь 1959 г.

A26 Срабатывание импульсных цепей лавинного транзистора,
R.Seeds, Технический отчет № 1653-1, Стэнфордский университет, Калифорния, 5 августа 60 г.

A27 Милли-микросекундные схемы лавинной коммутации, использующие кремниевые меза-транзисторы с двойным диффузором,
I.Haas, Fairchild App. Данные, Приложение 8/2, декабрь 1961 г.

A28 Генераторы лавинных импульсов, стр. 27, стр. 23-30, Х. Дилл, Полупроводниковые продукты, февраль 1962 г.

A29 Схемы лавинных транзисторов для генерации прямоугольных импульсов, D.Гамильтон, Ф. Шейвер, П. Гриффит,
Электронная инженерия, декабрь 1962 г.

Схема коммутации лавинных транзисторов A30, Дж. Белл, Национальная полупроводниковая компания, Eng Memo. 12 марта 63

A31 Генератор тройных субнаносекундных импульсов на лавинных транзисторах и накопительных диодах,

Д. Ивекович, Ядерные приборы и методы 32: 339-340, 1965

ВЕБ-САЙТЫ, СВЯЗАННЫЕ С ТРАНЗИСТОРОМ ЛАВИНЫ

V1 2N5271, ZTX415
Ричард О., ВЕБ-САЙТ Самодельный генератор импульсов с использованием 2N5271, 8 февраля 15
http: // forum.allaboutcircuits.com/threads/fast-risetime-falltime-pulsers.124518

V2 2N2369A, BFG541
V.Himpe, ВЕБ-САЙТ Пикосекундный генератор импульсов, (датированный после декабря 2013 г.)
http://www.siliconvalleygarage.com/projects/ picosecond-pulser.html

V3a KTN2369A SMD
J.Diddy B, ВЕБ-САЙТ Генератор лавинных импульсов линии передачи, 27 января 13
http://www.eevblog.com/forum/projects/transmission-line-avalanche-pulse -генератор

V3b BFR505 SMD
J.Diddy B, ВЕБ-САЙТ Генератор импульсов линии передачи лавин, часть II, 27 января 13
http://w140.com/Avalanche_Transmission_Line_Pulse_Generator_II.pdf

V4 2N3904 (2N2222, SS9013)

К. Вонг, ВЕБ-САЙТ Генератор лавинных импульсов, построенный с использованием 2N3904, 18 мая-13
http://www.kerrywong.com/2013/05/18/avalanche-pulse-generator-build-using-2n3904/
W4b R Комментарий Элкинса: 2N3904 SOT23, 2N2222A SOT23

V5 2N2369A
M.Gallant, ВЕБ-САЙТ Наносекундный генератор импульсов на лавинных транзисторах, 02 ноября 2012 г.
http://www.jensign.com/avalanchepulsegenerator

V6 PN2369A. (2N2369, MPS2369)
C.Weagle, iceNINE Tech, WEBSITE Homebrew Really Fast Pulse Generator , 02.02.06
http://www.i9t.net/fast-pulse/fast-pulse.html

Бумага [A7] представляет особый интерес, поскольку в ней описывается процедура приработки, которая измеряет дрейф пробоя Напряжение. Перед прижиганием они отобрали устройства, удовлетворяющие следующим критериям:

а) низкий уровень шума при рабочем токе смещения,

б) острое колено (т.е., резкий переход при напряжении Взенера),

в) достаточно высокий ток автолавины,

г) все они сходят лавино.

По окончании приработки они отклонили все, что произошло от лавины, и выбрали те, у которых лавинный дрейф напряжения менее 0,1% в месяц в течение 3 месяцев испытаний.

‘Мы определили Motorola 2N4014 и 2N5551 и Raytheon RS3944 как три типа транзисторов, которые демонстрируют лавинные характеристики и имеют долгосрочную стабильность напряжения пробоя коллектора, превосходящую другие протестированные транзисторы.

Стабильность на всех типах улучшена за счет увеличения мощности. Автоматический лавинный тестер обкатки транзисторов позволяет одновременно обрабатывать до 1008 транзисторов. Тестер управляется ПК и может быть запрограммирован на автоматический сбор данных с любой желаемой скоростью или периодом. Данные собираются по каждому прогону и сохраняются. Сбор данных обычно длился от 3 до 4 месяцев, а показания снимались еженедельно. Транзисторы были смещены в лавинную или стабилитронную область отдельными источниками тока, установленными примерно на 20% от собственного лавинного тока для каждого типа транзисторов.Транзисторы Motorola, Zetex и National работали при 100 микроампер (пА) [sic], а блоки Raytheon работали при 20 пА. Электрическое поле вызывает миграцию материала в области сильного поля на поверхности вблизи перехода коллектор-база, создавая нестабильность напряжения.

устройств от Fairchild, Motorola, National Semiconductor, Raytheon, Zetex и ряда других компаний прошли оценку на предмет лавинной защиты. Выход используемых транзисторов был выше 97% для National 2N3700 (версия TO-18 для 2N3019), Motorola 2N4014 и 2N5551, Raytheon RS3944 (RS3500, выбранный для лавинного тока выше 130 мА) и Zetex ZTX653, ZTX300 и ZTX415.’

Данные об их измерениях приработки на стр. 12 приведены ниже:

Производитель National Motorola Motorola Raytheon Zetex Zetex Zetex
Тип 2N3700 2N4014 2N5551 RS3944 ZTX653 ZTX300 ZTX415
# 126 30126 93 61 — —
Vcbo 120V 80V 180V 200V 120V 25V 260V
VZ3V4 260V432V 335V 335V
VZener 1852T 2.0µ 2.0µ 4.0µ 2.0µ 2.0µ 62.0µ 72.0µ
IselfAv 1-4 mA> 2 mA> 130 µA 1-4 mA 10-100 µA> 100 µA
aV 26,0 132,8 15,7 6,5 11,3 — —
aV + Vz 9,8 5,5 3,7 3,3 1,5 — —

Где:
# = количество транзисторов,
Vcbo = максимальное рабочее напряжение коллектор-база из технических данных производителя.
Vzener = Измеренное напряжение пробоя коллектор-база.
Vdrift = Временная скорость изменения напряжения коллектора в процентах в месяц после 3 или 4 месяцев приработки. 2T = Допустимая мощность устройства, максимальное безопасное рабочее значение I для определенной длительности импульса T.
IselfAv = измеренный ток, при котором транзистор переходит в лавинообразные релаксационные колебания с использованием значений 200R B — E.
aV = стандартное отклонение выборки в вольтах.
aV + Vz = отношение стандартного отклонения к напряжению пробоя коллектор-база, важный параметр при выборе
типа транзистора для согласования с резистивной или стабилитронной цепью смещения.

Подбор лавинных транзисторов для LHC Project

Используя измеритель кривой Tektronix 577 в диапазоне 400 В, я выбрал все транзисторы с самым высоким напряжением пробоя.В случае устройств SMD я купил тестовую плату SMD Peak Semiconductors и прикрепил ее к небольшой деревянной доске черного цвета, на которую я вставил 4-миллиметровые штекеры для соединения с 577. Ниже приведена фотография настроек переключателя и адаптера SMD. Для устройств с выводами я подключил гнездо SIL к аналогичным 4-миллиметровым вилкам.

Вверху: тестовое гнездо Peak Electronics SOT-23 с MMBT5551 в нем — код SMD-пакета G1

Из трех транзисторов, выбранных в статье A7, только 2N5551 будет доступен в 2016 году.Я уже пробовал несколько других типов, прежде чем обнаружил бумагу [A7] в конце 2016 года, и в это время я определил 2N5551, MMBT5551 и BF392 в качестве потенциальных кандидатов. Я купил несколько 300 В Motorola BF393 в надежде на более высокое напряжение, но они вышли из строя около 350 В, потом я заметил, что это TO-92. Возможно, мои лучшие 250-вольтовые E-line BF392 были произведены New Jersey Semiconductor?

Я решил применить процесс выбора [A7] к свинцовым 2N5551 и BF392, потому что я мог записать 10 устройств, используя дешевый 40-контактный разъем SIL.Если бы индуктивность и емкость выводов оказались проблемой для драйвера LHC, я бы нашел способ прожигать MMBT5551.

НЕОБХОДИМО ДОБАВИТЬ ИСПЫТАНИЯ НАРАБОТКИ И ДЖИТТЕРА

Статья [A6] включает простую схему для выбора лавинного транзистора.

а) низкий уровень шума при рабочем токе смещения,

б) резкий перегиб (т.е. резкий переход при напряжении Взенера),

в) достаточно высокий ток автолавины,

г) все они сходят лавино.

1. Приработка — это постоянное напряжение с 20%.

2.

ДОКУМЕНТЫ

ДЖИМ УИЛЬЯМС:

ЛАВИННЫЙ ТРАНЗИСТОР

Выбор лавинного транзистора для долговременной стабильности в приложениях с разверткой и генератором импульсов для полосовой камеры

Версия PDF также доступна для скачивания.

Кто

Люди и организации, связанные либо с созданием этой статьи, либо с ее содержанием.

Какие

Описательная информация, которая поможет идентифицировать эту статью.Перейдите по ссылкам ниже, чтобы найти похожие предметы в Электронной библиотеке.

Когда

Даты и периоды времени, связанные с этой статьей.

Статистика использования

Когда в последний раз использовалась эта статья?

Взаимодействовать с этой статьей

Вот несколько советов, что делать дальше.

Версия PDF также доступна для скачивания.

Ссылки, права, повторное использование

Международная структура взаимодействия изображений

Распечатать / Поделиться

Печать
электронная почта
Твиттер
Facebook
в Tumblr
Reddit

Ссылки для роботов

 Alibaba.com предлагает большой выбор. Лавинный транзистор   на выбор для удовлетворения ваших конкретных потребностей .. Лавинный транзистор   являются жизненно важными частями практически любого типа электронных компонентов. Их можно использовать для создания материнских плат, калькуляторов, радиоприемников, телевизоров и многого другого.Выбрав правильный.  лавинный транзистор , вы можете быть уверены, что создаваемый вами продукт будет качественным и хорошо работать. Ключевые факторы выбора продуктов включают предполагаемое применение, материал и тип, среди других факторов.
 лавинный транзистор   изготовлен из полупроводниковых материалов и обычно имеет не менее трех выводов, которые можно использовать для подключения их к внешней цепи. Эти устройства работают как усилители или переключатели в большинстве электрических цепей..  Лавинный транзистор  охватывает два типа областей, которые возникают из-за включения примесей в процессе легирования. В качестве усилителей. Лавинный транзистор   скрывает низкий входной ток до большой выходной энергии, и они направляют небольшой ток для управления огромными приложениями, работающими как переключатели.
 Изучите прилагаемые таблицы данных вашего.  лавинный транзистор  для определения опор базы, эмиттера и коллектора для безопасного и надежного соединения. Файл.Лавинный транзистор   на Alibaba.com использует кремний в качестве первичной полупроводниковой подложки благодаря своим превосходным свойствам и желаемому напряжению перехода 0,6 В. Основные параметры для. Лавинный транзистор   для любого проекта включает в себя рабочие токи, рассеиваемую мощность и напряжение источника.
 Откройте для себя удивительно доступный. Лавинный транзистор   на Alibaba.com для всех ваших потребностей и предпочтений. Доступны различные материалы и стили для безопасной и удобной установки и эксплуатации.Некоторые аккредитованные продавцы также предлагают послепродажное обслуживание и техническую поддержку.