Рис. 4. Параметры топологии и структуры транзистора
Все транзисторы проектируются исходя из минимального размера Dmin, за исключением многоэмиттерных, для которых следует добиваться минимума коэффициента передачи тока базы в инверсном режиме - BR (необходимо получить значение BR < 0.1) этот параметр рассчитывается по формуле [6]:
где: M – число эмиттеров, SЭ = LЭdЭ, - площадь эмиттера, SБ = LБZБ, - общая площадь базы,
.
Остальные параметры рассчитываются по следующим формулам:
Ток насыщения:
Коэффициент усиления тока базы в нормальном режиме:
,
где η =2...4 – коэффициент, учитывающий градиент примеси в базе.
Сопротивление базы:
Сопротивление коллектора:
RC=RC 1 +RC 2
Время пролета базы:
Емкости рассчитываются по формуле:
; N =min(NД (xj), NА (xj));
- для коллекторного p-n – перехода,
- для эмиттерного p-n – перехода,
Cp-n – ёмкость p-n перехода при нулевом смещении, S S - общая площадь p-n – перехода, первое слагаемое – плоское дно, второе слагаемое – цилиндрические боковые части, третье слагаемое – сферические угловые части, значения концентраций NД, NА берутся вблизи p-n перехода, VB - потенциальный барьер p-n – перехода при нулевом смещении.
|
|
Диоды
В качестве диодов в ПИМС используют транзисторные n-p-n структуры в диодном включении. В быстродействующих схемах в качестве диода используют эмиттерный p-n – переход, при этом коллекторный переход закорочен. При необходимости применения диода с более высоким рабочим напряжением (до 60 В) используют коллекторный p-n – переход. Эмиттерную область в такой структуре обычно не формируют, что позволяет существенно уменьшить размеры диода.
На характеристики диода в конкретной схеме существенное влияние могут оказывать паразитные элементы: p-n-p транзистор, емкость диода СД и емкость изоляции СИ. В следующей таблице приведены типовые параметры наиболее часто применяемых диодов при rК = 0.5 Ом×см, rБП = 200 Ом/□, rЭ = 2.2 Ом/□ (поверхностное сопротивление эмиттерной области), SЭ = 300 мкм2, SБ = 2000 мкм2.
Параметр | Эмиттерный переход | Коллекторный переход |
Напряжение пробоя UДMAX, В | ||
Обратный ток IДU, нА | 1.7 | 6.7 |
Время выключения tВЫКЛ, нс | ||
Емкость диода CД, пФ (при Uобр = 5 В) | 0.17 | 0.23 |
Емкость изоляции CИ, пФ (при Uобр = 5 В) | 0.97 | 0.97 |
При расчете диода используются те же исходные данные, что для биполярного транзистора. Топология синтезируется с учетом заданного максимального тока диода IДMAX, или исходя из заданного минимального размера. Затем рассчитывают основные параметры: барьерную емкость CД(UД), максимальное обратное напряжение UДMAX, обратный тепловой ток IД0, прямое падение напряжения UД(IД). Порядок расчета диода следующий:
|
|
1. Выбор варианта реализации диода
2. Расчет параметров: La, LД, BN
3. Синтез топологии – определение размеров: M, ZЭ, RБ, ZБ
4. Расчет параметров: CД(UД), UДmax, IД0, UД(IД)