СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №3/2014

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 15 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2014 m I C 1,10 1,15 1,05 1,00 10 нА 1,0 мкА 1,0 мА (1,004 мА, 1,016) (100,00 мкА, 1,001) (1,000 мкА, 0,999) I C , мА 10 15 5 0 1 1 2 2 m 1,1 1,2 1,0 0,9 0,50 714,29 мВ; 50,63 мкА 0,75 V BE , В 1,00 но проявляется раньше, чем для n-p-n -транзисторов из-за увеличения рекомбинационных токов. Уменьшить величину m -фактора в области боль- ших коллекторных токов возможно с помощью конструкций БТ, обеспе- чивающих малое сопротивление базо- вой области. На ВАХ транзисторов также влия- ют механические напряжения, возни- кающие на кристалле из-за действия различных температурных коэффи- циентов расширения материалов подложки и корпуса или при герме- тизации кристалла с помощью поли- меров [7]. Эти напряжения являются одной из причин долговременного дрейфа характеристик. Эксперимен- тальные исследования показали, что изменение характеристик вертикаль- ных p-n-p -транзисторов с коллекто- ром на подложке при наличии меха- нических напряжений меньше, чем n-p-n -транзисторов [8]. Таким образом, при выборе БТ для датчиков температуры можно реко- мендовать: ● в качестве термочувствительного эле- мента – прямосмещённый эмиттер- ный переход вертикального p-n-p - или n-p-n -транзистора (не допуска- ется использование горизонтального p-n-p -транзистора); ● конструкцию БТ с минимальным сопротивлением базовой области; ● максимальное увеличение плотно- сти коллекторного тока до появле- ния области, в которой m > 1. Последнее условие легко выполнить при схемотехническом моделирова- нии БТ, включённого по схеме с общей базой, и расчёте m -фактора по соотно- шению: , (4) где V BEM1 – падение напряжения на пря- мосмещённом эмиттерном перехо- де при величине коллекторного тока I CM1 , соответствующей среднему уров- ню токов, где m ≈ 1. Пример моделирования и расчё- та m -фактора, позволяющий выбрать область рабочих токов и напряжений, приведён на рисунках 1 и 2 для n-p-n - транзистора базового матричного кри- сталла «АБМК-1.3» [5]. В соответствии с правилами графического постпро- цессора системы проектирования OrCAD на вертикальной оси отобра- жена переменная V ( Vb :+)/(714.29 mV + + 26 mV *LOG(I( Q 1:c)/50.63 uA )), которая соответствует (4) при V BEM1 = 714,29 мВ, I CM1 = 50,63 мкА, ϕ T = 26 мВ. Важность учёта m -фактора при выбо- ре БТ в качестве термочувствительно- го элемента неоднократно отмечалась в литературе [9, 10]. Поэтому для обеспе- чения высокой точности температур- ных измерений с помощью дискретных транзисторов можно рекомендовать выполнение измерений и отбор тран- зисторов по m -фактору в соответствии с (4), например, с применением изме- рителя параметров полупроводнико- вых приборов ИППП-1 и графическо- го постпроцессора OrCAD [11, 12]. Из (3) получаем соотношения для определения прямого падения напря- жения на эмиттерном переходе БТ V BE = f ( I C , T ) и его температурного изме- нения dV BE / dT = f ( I C , T ): , (5) , (6) где V BE0 – падение напряжения на пря- мосмещённом эмиттерном переходе в опорной рабочей точке при T = T 0 , I C = I C0 . Заметим, что для транзистора типа GC1E n = 1,23 в диапазоне температур от 200 до 400 К и I C0 = 400 мкА, поэто- му в соответствии с (6) температурный коэффициент d V BE /d T при T = 300 К будет составлять –1,744 мВ/К. Характеристики ряда аналоговых устройств, выполненных на БТ, зави- сят от статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмит- тером ( β ) и его температурной зависи- мости, для оценки которой справедли- во условие [13]: . (7) В Spice-подобных симуляторах тем- пературную зависимость β = β ( T ) харак- теризуют главным образом параметром XTB : , (8) где BF ( T ), BF ( T 0 ) – величина Spice- параметра BF при температуре T, T 0 ; BF – β в активном режиме работы БТ в прямом включении в том случае, ког- да допустимо пренебречь зависимо- стью β от тока и напряжения на кол- лекторном переходе, XTB – темпера- турный коэффициент параметра BF . Обычно за величину параметра BF принимают максимум функции [14]: β = β ( I C ) при V CB = 0, (9) поэтому величину XTB необходимо подобрать таким образом, чтобы при крайних значениях диапазона темпера- тур длямаксимального β обеспечивалось выполнение условия (8). Например, мак- симальная величина β при температуре –60 ° C составляла 54,18%, а при +125 ° C– 134,68%, значения при нормальных же условиях (27 ° C) – 89,21%, как показанона рисунке 3 для транзисторов «АБМК-1.3». Рис. 1. Зависимость коллекторного тока (график 1, ось 1) и m -фактора (график 2, ось 2) от напряжения на прямосмещённом эмиттерном переходе n-p-n -транзистора типа GC1E Рис. 2. Зависимость m -фактора от коллекторного тока n-p-n -транзистора типа GC1E © СТА-ПРЕСС