Ein Avalanche-Transistor ist ein bipolarer Übergangstransistor, der für den Betrieb im Bereich seiner Kollektorstrom / Kollektor-Emitter-Spannungseigenschaften jenseits der Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung ausgelegt ist und als bezeichnet wird. Lawinensturzgebiet . Diese Region ist durch Lawinenabbau gekennzeichnet, ein Phänomen, das der Townsend-Entladung für Gase ähnelt, und einen negativen Differenzwiderstand. Der Betrieb in der Lawinenabbruchregion wird als Lawinenmodusbetrieb bezeichnet: Er gibt Avalanche-Transistoren die Möglichkeit, sehr hohe Ströme mit weniger als einer Nanosekunden-Anstiegs- und Abfallzeit (Übergangszeiten) zu schalten. Transistoren, die nicht speziell für diesen Zweck entwickelt wurden, können ziemlich gleichbleibende Lawineneigenschaften aufweisen. So waren beispielsweise 82% der Proben des 15-V-Hochgeschwindigkeitsschalters 2N2369, der über einen Zeitraum von 12 Jahren hergestellt wurde, in der Lage, Lawinenausfallimpulse mit einer Anstiegszeit von 350 ps oder weniger zu erzeugen, wobei eine 90-V-Stromversorgung verwendet wurde, wie Jim Williams schreibt. [19659002] Geschichte [ edit ]
Der erste Artikel über Lawinentransistoren war Ebers & Miller (1955). In dem Artikel wird beschrieben, wie Legierungsübergangstransistoren in dem Lawinendurchbruchbereich verwendet werden, um die Begrenzungen der Geschwindigkeit und der Durchbruchspannung zu überwinden, die die ersten Modelle solcher Transistortypen beeinflussten, wenn sie in früheren digitalen Computerschaltungen verwendet wurden. Die allerersten Anwendungen von Lawinentransistoren waren daher Schaltkreise und Multivibratoren. Die Einführung des Lawinentransistors diente auch als Anwendung von Millers empirischer Formel für den Lawinenmultiplikationskoeffizienten erstmals in der Arbeit Miller [19] vorgestellt. 1955). Die Notwendigkeit eines besseren Verständnisses des Transistorverhaltens in der Lawinenzusammenbruchregion Nicht nur für den Einsatz im Lawinenmodus ergab sich eine umfangreiche Forschung zur Auswirkungsionisierung in Halbleitern (siehe Kennedy & O'Brien (1966)).
Von Anfang der 1960er Jahre bis zur ersten Hälfte der 1970er Jahre wurden mehrere Lawinentransistorschaltungen vorgeschlagen. Es wurde die Art von Bipolartransistor untersucht, der am besten für die Verwendung im Lawinenzusammenbruchbereich geeignet ist. Eine vollständige Referenz, die auch die Beiträge von Wissenschaftlern aus ehemaligen UdSSR- und COMECON-Ländern einschließt, ist das Buch von Дьяконов (Dyakonov) (1973).
Die erste Anwendung des Avalanche-Transistors als linearer Verstärker mit dem Namen Controlled Avalanche Transit Time Triode (CATT) wurde in (Eshbach, Se Puan & Tantraporn 1976) beschrieben. Ein ähnliches Gerät mit dem Namen IMPISTOR wurde mehr oder weniger im gleichen Zeitraum in der Veröffentlichung von Carrol & Winstanley (1974) beschrieben. Lineare Anwendungen dieser Klasse von Geräten wurden später gestartet, da einige Anforderungen zu erfüllen sind (siehe unten). Die Verwendung von Avalanche-Transistoren in diesen Anwendungen ist nicht allgemein üblich, da die Bauelemente hohe Kollektor-Emitter-Spannungen benötigen, um richtig arbeiten zu können.
Heutzutage wird immer noch nach Lawinenbauelementen (Transistoren oder anderen) aus Verbindungshalbleitern geforscht, die in der Lage sind, Ströme von mehreren zehn Ampere noch schneller als "herkömmliche" Avalanche-Transistoren zu schalten.
Grundlegende Theorie [ edit ]
Statische Lawinenregionseigenschaften [ edit
In diesem Abschnitt
![I_ {C} -V _ {{CE}} [19659008] Die statische Charakteristik eines Lawinentransistors wird berechnet. Der Einfachheit halber wird nur ein NPN-Bauelement betrachtet. Dieselben Ergebnisse gelten jedoch für PNP-Bauelemente, die nur das Vorzeichen der Spannungen und Ströme entsprechend ändern. Die Analyse folgt eng der von William D. Roehr in (Roehr 1963 (1945)). Da die Lawinendurchbruchmultiplikation nur über den Kollektor-Basis-Übergang vorhanden ist, besteht der erste Schritt der Berechnung darin, den Kollektorstrom als Summe verschiedener Komponentenströme durch den Kollektor zu bestimmen, da nur diese Ladungsflüsse diesem Phänomen unterliegen. Kirchhoffs aktuelles Gesetz, das auf einen bipolaren Übergangstransistor angewendet wird, impliziert die folgende Beziehung, die immer durch den Kollektorstrom erfüllt wird <span class=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/26746582d9b4d331f036d0015430ef2d082cae29)
während für dasselbe Gerät In der aktiven Region ergibt sich aus der grundlegenden Transistortheorie die folgende Beziehung
wo
- ist der Basisstrom,
- ist der Kollektor-Basis-Rückleckstrom,
- ist der Emitterstrom,
- ist dann die gemeinsame Basisstromverstärkung des Transistors
Wenn Lawineneffekte in einem Transistorkollektor betrachtet werden, wird der Kollektorstrom angegeben durch
wobei M "/> Millers Lawinenmultiplikationskoeffizient ist. Es ist der wichtigste Parameter im Betrieb im Lawinenmodus: Sein Ausdruck lautet wie folgt
wo
- ist der Sammler- Grunddurchschlagsspannung,
- ist eine Konstante, die von dem für die Konstruktion des Transistors verwendeten Halbleiter und dem -Dotierungsprofil des Kollektor-Basis-Übergangs abhängt.
- ist die Kollektor-Basis-Spannung.
Erneuter Strom von Kirchhoff Gesetz für den bipolaren Übergangstransistor und den angegebenen Ausdruck für der resultierende Ausdruck für ist das Folgende
und daran erinnern und
seit [19659375]> V_ {BE}} ">
V C E >> V B E {19659023] { displaystyle V_ { CE} >> V_ {BE}} - ist die Kollektor-Emitter-Durchbruchsspannung. Es ist auch möglich, auszudrücken als Funktion von und erhalten eine analytische Formel für den Sammler- Emitterdifferenzwiderstand durch direkte Differenzierung : Die Details werden hier jedoch nicht angegeben.
Differentialdynamisches Modell [ edit ]
Äquivalente Schaltung eines Avalanche-npn-Bipolartransistors, der durch ein üblicherweise verwendetes Vorspannungsnetzwerk betrieben wird.Der hier beschriebene differentielle dynamische Modus, auch genannt Kleinsignalmodell, ist das einzige intrinsische Kleinsignalmodell des Avalanche-Transistors. Streuelemente aufgrund des Gehäuses, das den Transistor umschließt, werden absichtlich vernachlässigt, da ihre Analyse aus Sicht der Arbeitsprinzipien des Avalanche-Transistors nichts sinnvolles hinzufügen würde. Bei der Realisierung einer elektronischen Schaltung sind diese Parameter jedoch von großer Bedeutung. Insbesondere müssen Streuinduktivitäten in Reihe mit Kollektor- und Emitterleitungen minimiert werden, um die Hochgeschwindigkeitsleistung von Avalanche-Transistorschaltungen zu erhalten. Diese äquivalente Schaltung ist auch nützlich, wenn das Verhalten des Avalanche-Transistors in der Nähe seiner Einschaltzeit beschrieben wird, bei der die Kollektorströme und -spannungen sich noch in der Nähe ihrer Ruhewerte befinden: In der realen Schaltung können Zeitkonstanten und damit Anstiegs- und Abfallzeiten berechnet werden Wellenform. Da Lawinen-Transistor-Schaltkreise jedoch intrinsisch große Signalkreise sind, ist die einzige Möglichkeit, ihr reales Verhalten mit vernünftiger Genauigkeit vorherzusagen, numerische Simulationen . Wieder folgt die Analyse genau der von William D. Roehr in (Roehr 1963).
Ein Avalanche-Transistor, der durch ein gemeinsames Vorspannungsnetzwerk betrieben wird, ist im nebenstehenden Bild dargestellt: kann Null oder einen positiven Wert sein, während kann kurzgeschlossen werden. In jeder Lawinentransistorschaltung wird das Ausgangssignal vom Kollektor oder vom Emitter abgenommen. Daher ist das Kleinsignaldifferenzmodell eines im Avalanche-Bereich arbeitenden Avalanche-Transistors immer von den Kollektor-Emitter-Ausgangspins aus gesehen und besteht aus einem Parallel Schaltung, wie in der nebenstehenden Abbildung gezeigt, die nur Bias-Komponenten enthält. Die Größe und das Vorzeichen dieser beiden Parameter werden durch den Basisstrom gesteuert : Da sowohl Basis-Kollektor- als auch Basis-Emitter-Übergänge im Ruhezustand umgekehrt vorgespannt sind, ist das Ersatzschaltbild des Basiseingangs einfach ein Stromgenerator, der durch Basis-Emitter- und Basis-Kollektor-Übergangskapazitäten überbrückt wird, und ist daher Im Folgenden nicht analysiert. Die intrinsische Zeitkonstante der grundlegenden äquivalenten Kleinsignalschaltung hat den folgenden Wert
wo
![beta [19659008] ist die Stromverstärkung des Emitters für den gemeinsamen Emitter. </li></ul><p> Gleichsetzen der beiden Formeln für <span class=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7ed48a5e36207156fb792fa79d29925d2f7901e8)
: Dies ist der Ausdruck der ![left ({ frac {V _ {{CE}}} {BV _ {{CBO}}} right) ^ {{! n}} = 1- alpha iff V _ {{CE}} = BV _ {{CEO}} = { sqrt [ {n}] {(1- alpha)}} BV _ {{CBO}} = { frac {BV _ {{CBO}}} {{ sqrt [ {n}] { beta +1}}}} 19659008] </dd></dl><p> wobei <span class=](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/2934adf1e151798d2ed6372c3a0c694d1f977a20)
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