Диодное включение биполярных транзисторов

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

Типовые параметры вариантов приведены в табл. 6.2.

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

Таблица 6.2. Параметры типовых схем дидного включения биполярных транзисторов.

Обратное напряжение на диоде U_о6р определяется возможностью пробоя дио­да. Напряжение пробоя эмиттерного перехода мало вследствие малой ширины n-p-перехода. Напряжение пробоя коллекторного перехода значительно больше, так как этот переход шире эмиттерного.

Обратный ток I_о6р в кремниевых диодах определяется током термогенерации. Так как коллекторный переход шире эмиттерного, то ток термогенерации коллектор­ного перехода i_т.к больше тока термогенерации эмиттерного перехода i_г.э. В сред­нем, i_г.э = 0,5-1,0 мА, i_г.к = 15-30 мА.

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

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

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

Пассивные элементы ПП ИМС

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