Лавинный транзистор

Конструктивно лавинный транзистор аналогичен усилительному или импульсному транзистору. Отличие заключается в режиме работы. Напряжение коллектора лавинного транзистора находится в интервале между напряжением и . Принцип действия основан на инжекции неосновных носителей заряда в базу, коллектировании дошедших носителей и лавинном размножении носителей в ОПЗ коллекторного перехода, приводящим к избытку основных носителей в базе из-за увеличения коэффициента передачи с ростом тока коллектора, который нейтрализует часть ОПЗ коллектора и приводит к уменьшению напряжения на коллекторе, т.е. к появлению участка отрицательного сопротивления на выходной ВАХ транзистора. Необходимым условием для реализации ВАХ со статическим отрицательным сопротивлением является рост коэффициента передачи тока базы с увеличением тока коллектора .

ВАХ лавинного транзистора имеет два устойчивых состояния. В закрытом состоянии протекает неуправляемый ток при . В открытом состоянии коллекторный ток ограничен сопротивлением нагрузки при напряжении на коллекторе, (рисунок 7.56).

Рисунок 7.56 - ВАХ лавинного транзистора Рисунок 7.57 - Схема формирователя импульсов

(а) и выходное напряжение (б)

Как активный элемент с отрицательным дифференциальным сопротивлением S-типа лавинный транзистор может быть использован в схемах релаксационных генераторов, элементов памяти, пороговых устройств. Однако основное назначение лавинного транзистора – формирователь достаточно мощных импульсов тока с короткими передними фронтами (рисунок 7.57).

Статические параметры ВАХ в схеме ключа (рисунок 7.57) определяются не только внутренними параметрами транзистора, но и сопротивлением шунта . С уменьшением сопротивления подъем с ростом тока сдвигается в сторону больших значений, что увеличивает . ВАХ лавинного транзистора в неявном виде может быть представлена в виде:

,

где .

Откуда следует,

. (7.73)

Так как является возрастающей функцией тока, то выражение (7.73) имеет экстремальный вид. Максимальное значение может быть определено из условия экстремума . Для упрощения анализа используем производную от тока.

.

Условие включения принимает вид:

, (7.74)

где – дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера.

Из (7.74) следует:

.

В проводящем состоянии, , тогда из (7.73) напряжение имеет вид:

. (7.75)

Выражение (7.75) совпадает со значением максимального напряжения коллектора в схеме с ОЭ (7.54).

Динамический диапазон по напряжению,

.

Быстродействие импульсного ключа на лавинном транзисторе определяется следующими причинами: зарядная емкость коллектора минимальна; отсутствуют эффекты накопления и рассасывания избыточного заряда (ток в открытом состоянии поддерживается лавинным размножением в коллекторном переходе); время задержки, определяемое временем перезаряда емкости эмиттера, мало из-за малой величины изменения прямого напряжения эмиттера ; длительность переднего фронта определяется временем регенеративного процесса включения. В результате этих особенностей длительность переднего фронта импульса слабо зависит от формы входного тока и составляет десятки и сотни пикосекунд.

Температурная стабильность ключа на кремниевом лавинном транзисторе обеспечивается компенсацией роста увеличением напряжения лавинного пробоя . В результате напряжение поддерживается постоянным в широком температурном диапазоне.