Кіріспе

Аваланж транзисторы – коллектор тогының/коллектор-эмиттерлік кернеу сипаттамаларының коллектор-эмиттерлік кернеудің бұзылу кернеуінен артық болатын аймақта жұмыс істеуге арналған биполярлық қосылыс транзисторы, бұл аймақ аваланж бұзылу аймағы деп аталады. Бұл аймақ газдар үшін Таунсенд разрядына ұқсас құбылыс болып табылатын аваланж бұзылуымен және теріс дифференциалдық кедергімен сипатталады. Аваланж бұзылу аймағында жұмыс істеу аваланж режимі деп аталады: ол аваланж транзисторларына бір наносекундтан кем уақыт ішінде өте жоғары токтарды қосу және өшіруге (көшу уақыты) мүмкіндік береді. Бұл мақсат үшін арнайы жасалмаған транзисторлар да сенімді аваланж қасиеттерін көрсетуі мүмкін; мысалы, Джим Уильямс жазғандай, 12 жыл ішінде өндірілген 2N2369 15В жоғары жылдамдықты коммутатордың 82% үлгілері 90В қуат көзімен қамтамасыз етілгенде 350 пс немесе одан аз көтерілу уақытымен аваланж бұзылу импульстарын тудыруға қабілетті болды.

Тарих

Аваландық транзисторларға қатысты алғашқы мақала – Аваландық бұзылу аймағында қорытпалы тораптарды қолдану жолдарын сипаттайды. Бұл мақала, компьютерлік цифрлық тізбектерде қолданылған кездегі мұндай транзисторлардың алғашқы үлгілеріне әсер еткен жылдамдық және бұзылу кернеуінің шектеулерін жеңу мақсатында жазылған. Сондықтан, аваландық транзисторлардың алғашқы қолданылуы – коммутациялық тізбектер және мультивибраторлар саласында болды. Аваландық транзистордың енгізілуі Миллердің эмпирикалық формуласын, аваландық көбейту коэффициенті үшін қолдану ретінде де қызмет етті, бұл формула алғаш рет мақалада енгізілген. Аваландық бұзылу аймағында транзистордың мінез-құлқын жақсырақ түсіну қажеттілігі, тек аваландық режимде пайдалану үшін ғана емес, жартылай өткізгіштердегі соқтығысу иондануына қатысты кең ауқымды зерттеулерге әкелді (қараңыз). 1960 жылдардың басынан 1970 жылдардың бірінші жартысына дейін бірнеше аваландық транзистор тізбектері ұсынылды. Аваландық бұзылу аймағында қолдануға ең қолайлы биполярлық тораптық транзистор түрі зерттелді. Бұрынғы КСРО және COMECON елдерінің ғалымдарының еңбектерін де қамтитын толық анықтама – кітабы. Аваландық транзисторды сызықтық күшейткіш ретінде алғаш рет қолдану, Бақыланатын Аваландық Транзит Уақыты Триоды (CATT) деп аталды. Осыған ұқсас құрылғы, IMPISTOR деп аталады және шамамен бірдей кезеңде мақалада сипатталған. Бұл сыныптағы құрылғылардың сызықтық қолданылуы кейінірек басталды, себебі төменде сипатталғандай, бірқатар талаптарды орындау қажет. Аваландық транзисторларды осы қолдануларда кеңінен пайдаланбайды, өйткені құрылғылардың дұрыс жұмыс істеуі үшін жоғары коллектор-эмиттер кернеуі қажет. Қазіргі уақытта, «дәстүрлі» аваландық транзисторларға қарағанда бірнеше ондаған амперлік токты одан да жылдам қосқышқа айналдыра алатын, қосымша жартылай өткізгіштерден жасалған аваландық құрылғылар (транзисторлар немесе басқалары) бойынша белсенді зерттеулер жүргізілуде.

Екінші бөлініс лавиндіндік режим

Коллектор тогы деректер парағындағы шектен жоғарылағанда жаңа бұзу механизмі маңызды болады: екінші бұзу. Бұл құбылыс биполярлы торапты транзистордың база-эмиттер аймағындағы кейбір нүктелердің (қызыл нүктелердің) артық қызуынан туындайды, бұл нүктелер арқылы ток экспоненциалды түрде өсуіне себеп болады: токтың экспоненциалды өсуі өз кезегінде одан да көп қызуға алып келеді, оң жылу кері байланыс механизмін құрайды. Статикалық сипаттаманы талдағанда, бұл құбылыстың болуы коллектор кернеуінің күрт төмендеуі және коллектор тогының сәйкес тік өсуі ретінде көрінеді. Қазіргі таңдағыда, кремнийді тазарту технологиясымен байланысты болғандықтан, ыстық нүктелерсіз және екінші бұзусыз транзистор жасау мүмкін емес. Бұл процесте металдардың өте аз, бірақ шекті мөлшері пластинаның белгілі бір бөліктерінде қалады: металдардың бұл бөлшектері терең рекомбинация орталықтарына, яғни ток артықшылықпен өтетін орталықтарға айналады. Бұл құбылыс әдеттегідей жұмыс істейтін биполярлы торапты транзисторлар үшін зиянды болғанымен, оның уақыт ұзақтығын шектеп, лавиналық режимде жұмыс істейтін құрылғының ток және кернеу шектерін одан әрі арттыруға болады: сондай-ақ, құрылғының жылдамдық ауысуына теріс әсер етпейді. Екінші бұзу режимінде жұмыс істейтін лавиналық транзисторлар схемаларының толық сипаттамасы және мысалдары осы мақалада келтірілген.

Сандық симуляциялар

Аваланша транзисторлары бастапқыда үлкен сигналдық схемалар болып табылады, сондықтан мұндай схемаларға қолданылатын шағын сигналдық модельдер тек сапалық сипаттама бере алады. Мұндай схемалардағы уақытқа тәуелді кернеулер мен токтардың мінез-құлқы туралы толыққанды ақпарат алу үшін сандық талдау қолдану қажет. Кітапқа сүйенген мақалада егжей-тегжейлі сипатталған "классикалық" тәсіл схемаларды сызықтық емес дифференциалдық теңдеулер жүйесі ретінде қарастырудан және оны жалпы мақсаттағы сандық модельдеу бағдарламалық қамтамасымен іске асырылған сандық әдіспен шешуден тұрады: осылайша алынған нәтижелер жеткілікті дәл және алуға оңай. Дегенмен, бұл әдістер бұзылу аймағын талдауға арналған талдау транзисторлық модельдерді пайдалануға негізделген, ал бұл модельдер құрылғының барлық мүмкін режимдерде жұмыс істеуін сипаттауға міндетті түрде жарамды емес. Көбірек заманауи тәсіл – SPICE аналогтық схемалық симуляторын лавиналық бұзылуды модельдеуді қолдайтын жетілдірілген транзистор моделімен бірге пайдалану, бұл мүмкіндік SPICE-тың негізгі транзистор моделінде жоқ. Мұндай модельдердің мысалдары мақалада және мақалада сипатталған: соңғысы кейбір жартылай өткізгіш өнеркәсіптері өздерінің биполярлық қосылыс транзисторларын сипаттау үшін қолданатын Mextram моделінің сипаттамасы болып табылады.

Графикалық әдіс

Аваландық транзистордың қалып-құлқын зерттеуге арналған графикалық әдіс еңбектерде ұсынылған: әдіс бастапқыда құрылғының статикалық қалып-құлқын көрсету үшін туындатылды, содан кейін ол динамикалық қалып-құлқына қатысты мәселелерді шешу үшін де қолданылды. Бұл әдіс, өндірушілердің деректер кестелерінде келтірілген сипаттамалық диаграммалардан тікелей түтікшелік және транзисторлық тізбектерді жобалауға қолданылатын графикалық әдістердің дәстүрін жалғастырады.

Қолданбалар

Аваланш транзисторлары негізінен жылдам импульстарды жасау үшін қолданылады, олардың көтерілу және түсу уақыты бір наносекундтан кем, ал шығыс кернеуі мен тогы жоғары. Олар кейде микротолқынды жиіліктер диапазонында күшейткіштер ретінде де қолданылады, бірақ бұл кең таралған емес: осы мақсатта қолданғанда, оларды "Бақыланатын лавиналық өту уақыты триоды" (CATT) деп атайды.

Теория

. IMPISTOR-ды, яғни CATT-қа ұқсас жартылай өткізгіш құрылғыны ұсынатын және сипаттайтын мақала. Компьютерлік алгебралық Mathematica бағдарламасын пайдалана отырып, диодтар мен транзисторлардың вольт-амперлік сипаттамасын талдау. Компьютерлік алгебралық бағдарлама Mathematica-ны пайдалана отырып, лавиналық транзистордың релаксациялық осцилляторының дизайны туралы мақала. Лавиналық транзисторлар схемаларының негізгі физикалық принциптерінің қысқаша сипаттамасы: оқулық және қызықты, бірақ "шектелген қолжетімділік". Авалан аймағында жұмыс істейтін транзистордың тұрақтылығын теориялық зерттеу (шектелген қолжетімділік). АҚШ Энергетика министрлігінің Ғылыми және техникалық ақпарат кеңсесінен алуға болады. SPICE симуляцияларында лавиналық эффекттерді ескере алатын транзистор моделін сипаттайтын есеп. Mextram SPICE моделін лавиналық мінез-құлықты симуляциялау тұрғысынан сипаттайтын мақала. NXP-нің Mextram бас бетінен тегін көшірме алуға болады. Биполярлы тізбектерді, соның ішінде лавиналық эффекттерді симуляциялауға арналған транзистор моделін сипаттайтын жұмыс (жеке пайдалануға шектеулі). Жохен Рикс "Аваланша транзисторы" (неміс тілінде). "Аваланша транзисторының жұмыс принциптерінің қысқаша сипаттамасы", "Impulsschaltungen F Praktikum EXP 10" курсының бір бөлігі, 1996 жылғы маусым, Ф.У.Дюссельдорф университетінің физика факультеті. Аваланша транзистордың статикалық сипаттамасын графикалық әдіспен салуды ұсынатын мақала (шектелген қолжетімділік). Алдыңғы жұмыста ұсынылған графикалық әдіспен лавиналық транзисторды зерттеуді одан әрі дамытатын мақала (жеке қолжетімділік). Сандық талдау көмегімен лавиналық транзисторлардың триггерлік кідіру уақытын талдау (шектелген қолжетімділік). Тиісті жуықтаулардан кейін лавиналық транзистордың мінез-құлқының талдамалық моделін шығаратын мақала (жекелескен қолжетімділік).

Қолданбалар

Бір-бірімен тізбектелген лавиноцитті транзисторлар схемаларын қолдана отырып жасалған сызықтық камера үшін жылдам сызық генераторын сипаттайтын мақала. Үлгі алу осциллоскопын жобалауда лавиноцитті транзисторларды қолдануды сипаттайтын мақала: қолжетімді аннотация, толық мақала "шектелген қолжетімділікте". АҚШ Энергетика министрлігінің Ғылыми және техникалық ақпарат кеңсесінен алуға болады. Pockels клеткаларының Q коммутаторлары үшін драйвердің дизайнын сипаттайтын есеп. Джим Уильямстың Linear Technology қолданбалық ескертпелері AN72 және AN94 шабыттандырған, лавиноцитті транзисторлы астабельді генератор жобасы, схемалары, толқын формалары және орналасуының фотосуреттері. Технология факультетінің келісімімен ұсынылған академиялық диссертация. Лазерлік TOF (Уақытты ұшу) радарын және оның лавиноцитті транзисторлы импульстік генераторды қолдану арқылы құрылысын сипаттайтын докторлық диссертация. (Бұл жерде алдын ала басылған нұсқасы). Лавиноцитті транзисторлы импульстік генераторды және оның лазерлік радарда лазерлік драйвер ретінде қолданылуын сипаттайтын мақала. NXP Mextram бас беті. Аваланшалық бұзылу мінез-құлқын модельдеуге қабілетті Mextram биполярлы тоқтар транзисторы SPICE моделі туралы құжаттардың өте бай қоймасы. "Пулстік лазерлік диодты SPL LLxx пайдалану", "Пулстік лазерлік диодтарды қолдану арқылы қашықтықты анықтау" OSRAM Opto Semiconductors GmbH Қолданбалық ескертпелер, 2004 09 10. Osram Opto Semiconductors компаниясының лазерлік диодты лавиноцитті транзисторлар және басқа да драйверлерді пайдалана отырып, импульстік режимде жұмыс істеуін сипаттайтын екі қолданбалық ескертпе. Бір-бірімен тізбектелген лавиноцитті транзисторлар тізбегінің өнімділігін арттыру әдісін сипаттайтын мақала. (PDF нұсқасын мына жерден қараңыз). Аваланша транзисторының алдын ала импульстік генераторының құрылысы мен өнімділігін сипаттайтын егжей-тегжейлі мақала, өте жылдам операциялық күшейткіштердің өзгеру жылдамдығын тексеру үшін. Сондай-ақ "Жоғары жылдамдықты күшейткіштердің өзгеру жылдамдығын тексеру – Өзгеру жылдамдығын бағындыру" деген атаумен пайда болды, Linear Technology, 2003 жылғы мамыр айындағы AN94 қолданбалық ескертпесі. Сондай-ақ, сол автордың, Linear Technology қолданбалық ескертпесі AN47, "Жоғары жылдамдықты күшейткіш техникалары", 1991 жылғы тамыз, онда Холм сипаттағанға ұқсас астабельді схема Д қосымшасында 93–95 беттерде егжей-тегжейлі көрсетілген.

Түрлі

Р. Джейкоб Бейкер Невада университеті, Лас-Вегас академиялық веб-сайты. Аваланша транзисторларының теориясы мен қолданылуына үлес қосушы. Владимир Павлович Дьяконов (Владимир Павлович Дьяконов) (орыс тілінде). Аваланша транзисторларының теориясы мен қолданылуына елеулі үлес қосқан жетекші ғалымдардың бірі туралы шағын өмірбаяндық мәліметтер. Ари Килпеля Оулу университетінің академиялық веб-сайты. Аваланша транзисторлық тізбектердің теориясы мен қолданылуы саласында зерттеу жұмыстарын жүргізіп жатқан зерттеуші.