Файл: Electron_SE.pdf

31

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ôîòî-, ñâ³òëîä³îäà òà âàðèêàïà íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.8.

VD

VD

VD

 à )                                     á)                                     â)

Ðèñ. 2.8 – Óìîâí³ ïîçíà÷åííÿ ôîòîä³îäà (à), ñâ³òëîä³îäà (á), âàðèêàïà (â)

2.4. Á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè

2.4.1. Ïîáóäîâà òà ïðèíöèï 䳿 òðàíçèñòîðà

Òðàíçèñòîðîì  (â³ä  TRANSfer  resISTOR  –  òàêèé,  ùî  ïåðåòâîðþº

îï³ð) íàçèâàºòüñÿ åëåêòðîïåðåòâîðþâàëüíèé ÍÏ ïðèëàä, ÿêèé ìຠîäèí

àáî äåê³ëüêà p-n ïåðåõîä³â, òðè àáî á³ëüøå âèâîä³â ³ çäàòíèé ï³äñèëþ-

âàòè ïîòóæí³ñòü åëåêòðè÷íîãî ñèãíàëó.

Äåùî çàá³ãàþ÷è íàïåðåä, ðîçãëÿíåìî åëåìåíòàðí³ ïîëîæåííÿ ïðî-

öåñó ï³äñèëåííÿ ïîòóæíîñò³ åëåêòðè÷íîãî ñèãíàëó.

Ó íàéçàãàëüí³øîìó âèãëÿä³ äëÿ ï³äñèëåííÿ íåîáõ³äíà ñõåìà, íàâå-

äåíà íà ðèñ. 2.9.

Âîíà  ñêëàäàºòüñÿ  ç  íàâàíòàæåííÿ

R

í

, äæåðåëà æèâëåííÿ Å

äæ 

òà äåÿêîãî

ã³ïîòåòè÷íîãî ï³äñèëþþ÷îãî åëåìåí-

òà ÏÅ.

Ìàëîïîòóæíà  âõ³äíà  ä³ÿ  (Âõ.  ä³ÿ)

çì³íþº ïàðàìåòðè ÏÅ òàê, ùî ïðîïîð-

ö³éíî ¿é çì³íþºòüñÿ ïîòóæí³ñòü, ùî âè-

ä³ëÿºòüñÿ â R

í

 çà ðàõóíîê Å

äæ

.

Ó ÿêîñò³ ÏÅ äîáðå áóëî á ìàòè, íà-

ïðèêëàä, åëåêòðîííèé ïðèëàä ³ç ÂÀÕ, ùî íàâåäåí³ íà ðèñ. 2.10.

²ç çàëåæíîñò³ I

âõ 

= f(U

âõ 

) – ðèñ. 2.10,ࠖ âèäíî, ùî âîíà ÿâëÿº ñîáîþ

ïðÿìó, à çíà÷èòü, çì³íàì âõ³äíî¿ íàïðóãè (âõ³äí䳿) â³äïîâ³äàþòü ïðîïîð-

ö³éí³ çì³íè âõ³äíîãî ñòðóìó. Öå ïîâèííî çàáåçïå÷óâàòè òî÷íå ðåàãóâàí-

íÿ ÏÅ íà çì³íè âõ³äí䳿. ²ç çàëåæíîñò³ ²

ÏÅ 

= f(U

ÏÅ 

) – ðèñ. 2.10,᠖

âèõîäèòü, ùî ô³êñîâàí³é âåëè÷èí³ âõ³äí䳿, ÿêà ïðîÿâëÿºòüñÿ ó âèãëÿä³

Å 

äæ

R

í

ÏÅ

Âõ.

ä³ÿ

Ðèñ. 2.9 – Åëåìåíòàðíà ñõåìà

ï³äñèëåííÿ

32

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

ô³êñîâàíî¿  âåëè÷èíè  I

âõ

,  â³äïîâ³äàº

ô³êñîâàíà ðåàêö³ÿ â ñèëîâîìó êîë³ ÏÅ,

à ñàì堖 ô³êñîâàíå çíà÷åííÿ ñòðóìó ÷å-

ðåç ÏÅ ²

ÏÅ

, ùî íå çàëåæèòü â³ä âåëè÷è-

íè íàïðóãè íà íüîìó U

ÏÅ

.

Òåïåð, ÿêùî ìàºìî ô³êñîâàíå çíà÷åí-

íÿ íàâàíòàæåííÿ R

í

 = R

í1

, òî ïðè çì³í³

I

âõ

 â³ä íóëÿ äî íåñê³í÷åííîñò³ çì³íè íà-

ïðóãè ³ ñòðóìó â ñèëîâîìó êîë³ áóäóòü

â³äïîâ³äàòè ïðÿì³é 1 íà ðèñ. 2.10, á.

Îòæå,  çì³íàì  U

âõ

  â³äïîâ³äàþòü  ïðî-

ïîðö³éí³ çì³íè U

ÏÅ

 ³ ²

ÏÅ

. Âèïàäêó, êîëè

R

í

 = R

í2

, â³äïîâ³äຠïðÿìà 2.

ßêùî U

ÏÅ

 òà ²

ÏÅ

 ïåðåâèùóþòü çà âå-

ëè÷èíîþ U

âõ 

òà I

âõ

, ìàºìî ï³äñèëþâà÷,

ùî â³äòâîðþº â R

í 

âñ³ çì³íè âõ³äí䳿.

À  òåïåð  ïîäèâèìîñü,  ÷è  ìîæå

òðàíçèñòîð âèêîíóâàòè ðîëü ÏÅ?

Øèðîêî ðîçïîâñþäæåí³ òðàíçèñòîðè ç äâîìà p-n ïåðåõîäàìè, ùî

ìàþòü íàçâó á³ïîëÿðíèõ. Òåðì³í “á³ïîëÿðíè锠ï³äêðåñëþº, ùî ïðîöå-

ñè â öèõ òðàíçèñòîðàõ ïîâ’ÿçàí³ ç âçàºìî䳺þ íîñ³¿â çàðÿäó äâîõ òèï³â:

åëåêòðîí³â ³ ä³ðîê. Äëÿ âèãîòîâëåííÿ òðàíçèñòîð³â âèêîðèñòîâóþòü ãåð-

ìàí³é ³ ÷àñò³øå êðåìí³é. Äâà p-n ïåðåõîäè ñòâîðþþòü çà äîïîìîãîþ

òðèøàðîâî¿ ñòðóêòóðè ç ÷åðåäóâàííÿì øàð³â, ùî ìàþòü åëåêòðîííó òà

ä³ðêîâó åëåêòðîïðîâ³äíîñò³.

Ó â³äïîâ³äíîñò³ äî ÷åðåäóâàííÿ øàð³â ç ð³çíèìè òèïàìè åëåêòðîïðîâ³ä-

íîñò³ á³ïîëÿðí³ òðàíçèñòîðè ïîä³ëÿþòüñÿ íà äâà êëàñè: n-p-n ³ p-n-p òèïó,

ÿê ïîêàçàíî íà ðèñ. 2.11.

Öåíòðàëüíèé øàð á³ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîð³â ìຠíàçâó “áàçà”. Çîâí³øí³é

ë³âèé, ùî º äæåðåëîì íîñ³¿â çàðÿäó (åëåêòðîí³â ÷è ä³ðîê) ³, ãîëîâíèì ÷è-

íîì, ñòâîðþº ñòðóì ïðèëàäó, íàçèâàºòüñÿ “åì³òåðîì”. Ïðàâèé çîâí³øí³é

øàð, ùî ïðèéìຠçàðÿäè â³ä åì³òåðà, íàçèâàºòüñÿ “êîëåêòîðîì”. Íà ïå-

ðåõ³ä åì³òåð-áàçà íàïðóãà ïîäàºòüñÿ ó ïðÿìîìó íàïðÿìêó, òîìó, íàâ³òü ïðè

íåçíà÷í³é íàïðóç³, ÷åðåç ïåðåõ³ä òå÷å âåëèêèé ñòðóì. Íà ïåðåõ³ä êîëåê-

òîð-áàçà íàïðóãà ïîäàºòüñÿ ó çâîðîòíîìó íàïðÿìêó. Çàçâè÷àé ¿¿ çíà÷åííÿ

íà äåê³ëüêà ïîðÿäê³â ïåðåâèùóº çíà÷åííÿ íàïðóãè íà ïåðåõîä³ åì³òåð-áàçà.

²

âõ

U

âõ

á)

²

ÏÅ

²

âõ3

²

âõ2

²

âõ1

U

ÏÅ

Å

äæ

R

í1

Å

äæ

R

í2

  ²

âõ3

²

âõ2          

²

âõ1

Å

äæ

à)

1

2

Ðèñ. 2.10 – ÂÀÕ ã³ïîòåòè÷íîãî

ï³äñèëþþ÷îãî åëåìåíòà

33

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

p

á)

à)

n

n

n

p

p

p-n-p

n-p-n

VT

VT

Á

Ê

E

Ê

E

Á

Å

Å

Ê

Ê

Á

Á

Á

Å

Å

Ê

Ê

Á

Ðèñ. 2.11 – Ñõåìàòè÷íà ïîáóäîâà òà óìîâíå ïîçíà÷åííÿ òðàíçèñòîð³â

n-p-n (à) òà p-n-p (á) òèï³â

Íà ðèñ. 2.11 íàâåäåí³ òàêîæ åêâ³âàëåíòí³ ñõåìè òðàíçèñòîð³â ó âè-

ãëÿä³ äâîõ ä³îä³â (

p-n ïåðåõîä³â), óâ³ìêíåíèõ çóñòð³÷íî. Ç íèõ âèäíî,

ùî òàêà êîíñòðóêö³ÿ íå òå ùî íå ìîæå çàáåçïå÷óâàòè ï³äñèëåííÿ åëåê-

òðè÷íîãî ñèãíàëó, à âçàãàë³ íåïðàöåçäàòíࠖ ñòðóì â³ä êîëåêòîðà äî

åì³òåðà ïðîò³êàòè íå ìîæå!

ϳäñèëþþ÷³ âëàñòèâîñò³ á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà çàáåçïå÷óþòüñÿ

òèì, ùî p-n ïåðåõîäè â íüîìó íå íåçàëåæí³, à âçàºìîä³þòü îäèí ç îä-

íèì, ùî, ó ñâîþ ÷åðãó, çàáåçïå÷óºòüñÿ òåõíîëîã³÷íèìè îñîáëèâîñòÿìè

âèêîíàííÿ òðèøàðîâî¿ ñòðóêòóðè. À ñàìå:

1) åì³òåð âèêîíàíî ç âåëèêîþ ê³ëüê³ñòþ äîì³øê蠖 â³í ìຠâåëèêó

ê³ëüê³ñòü â³ëüíèõ íîñ³¿â çàðÿäó;

2) áàçà âèêîíàíà òîíêîþ ³ ìຠìàëó ê³ëüê³ñòü îñíîâíèõ íîñ³¿â çà-

ðÿäó;

3) êîëåêòî𠖠ìàñèâíèé ³ ìຠê³ëüê³ñòü íîñ³¿â, ìåíøó, í³æ åì³òåð.

Ðîçãëÿíåìî ðîáîòó òðàíçèñòîðà òèïó n-p-n.

Äëÿ ïî÷àòêó ïðèïóñòèìî, ùî óâ³ìêíåíî ëèøå ïåðåõ³ä êîëåêòîð-áàçà:

äî íüîãî ïðèêëàäåíî íàïðóãó äæåðåëà êîëåêòîðíîãî æèâëåííÿ Å

Ê

, ÿê

ïîêàçàíî íà ðèñ. 2.12. Åì³òåðíèé

ñòðóì I

E

 äîð³âíþº íóëþ, ó òðàí-

çèñòîð³ ïðîò³êຠëèøå íåçíà÷íèé

çâîðîòíèé ñòðóì ÷åðåç êîëåêòîð-

íèé ïåðåõ³ä, áî ÷åðåç íüîãî ðó-

õàþòüñÿ íåîñíîâí³ íîñ³¿ çàðÿäó,

ùî  çóìîâëþþòü  ïî÷àòêîâèé

ñòðóì  ²

Ê0

.

p

n

n

–

+

Ê

E

ê

E

Á

I

Å

=0

I

Ê

0

Ðèñ. 2.12 – Ñïðîùåíà ñõåìà

âìèêàííÿ òðàíçèñòîðà

34

ÅËÅÊÒÐÎͲÊÀ ² Ì²ÊÐÎÑÕÅÌÎÒÅÕͲÊÀ

ßêùî ï³ä³ìêíóòè åì³òåðíå äæå-

ðåëî æèâëåííÿ Å

Å

, ÿê ïîêàçàíî íà

ðèñ. 2.13, åì³òåðíèé ïåðåõ³ä çì³-

ùóºòüñÿ ó ïðÿìîìó íàïðÿìêó, ÷å-

ðåç íüîãî òå÷å ñòðóì I

E

 âèçíà÷å-

íî¿ âåëè÷èíè.

Îñê³ëüêè  çîâí³øíþ  íàïðóãó

ïðèêëàäåíî äî åì³òåðíîãî ïåðå-

õîäó ó ïðÿìîìó íàïðÿìêó, åëåêòðîíè äîëàþòü ïåðåõ³ä ³ ïîòðàïëÿþòü ó

çîíó áàçè, äå ÷àñòêîâî ðåêîìá³íóþòü ç ¿¿ ä³ðêàìè, óòâîðþþ÷è ñòðóì

áàçè I

Á

. Á³ëüø³ñòü åëåêòðîí³â, ùî º íåîñíîâíèìè íîñ³ÿìè äëÿ áàçè, çàâ-

äÿêè äðåéôó äîñÿãàþòü çîíè êîëåêòîðà, äå âîíè º îñíîâíèìè íîñ³ÿìè,

³, ïîòðàïëÿþ÷è ï³ä ä³þ ïîëÿ Å

Ê

, óòâîðþþòü êîëåêòîðíèé ñòðóì ²

Ê

. Ñòðóì

²

Ê 

ïðàêòè÷íî äîð³âíþº I

E

.

гâíÿííÿ äëÿ ñòðóì³â òðàíçèñòîðà â óñòàëåíîìó ðåæèì³ ìຠâèãëÿä:

.

Ê

Á

E

I

I

I

+

=

                                              (2.4)

Çâ’ÿçîê ì³æ ñòðóìîì åì³òåðà ³ ñòðóìîì êîëåêòîðà õàðàêòåðèçóºòü-

ñÿ  êîåô³ö³ºíòîì  ïåðåäà÷³  ñòðóìó,  ùî  âêàçóº,  ÿêà  ÷àñòêà  ïîâíîãî

ñòðóìó  ÷åðåç åì³òåðíèé ïåðåõ³ä äîñÿãຠêîëåêòîðà (ïåðåäàºòüñÿ äî

íüîãî ç åì³òåðà):

E

Ê

I

I

=

α

.

                                                       (2.5)

Äëÿ ñó÷àñíèõ òðàíçèñòîð³â 

a

 = 0,9 

¸

 0,995.

Òðàíçèñòîð p-n-p òèïó ä³º àíàëîã³÷íî, ò³ëüêè ñòðóì ÷åðåç ïðèëàä

çóìîâëåíèé, ãîëîâíèì ÷èíîì, ä³ðêàìè, à ïîëÿðí³ñòü ï³äìèêàííÿ äæå-

ðåë æèâëåííÿ ïðîòèëåæíà.

2.4.2. Îñíîâí³ ñõåìè âìèêàííÿ ³ ñòàòè÷í³ õàðàêòåðèñòèêè

á³ïîëÿðíîãî òðàíçèñòîðà

ßê åëåìåíò åëåêòðè÷íîãî êîëà òðàíçèñòîð çàçâè÷àé âèêîðèñòîâóºòüñÿ

òàê, ùî îäèí ³ç éîãî åëåêòðîä³â º âõ³äíèì, äðóãèé âèõ³äíèì, à òðåò³é –

ñï³ëüíèé â³äíîñíî âõîäó òà âèõîäó. Ó êîëî âõ³äíîãî åëåêòðîäó âìèêà-

ºòüñÿ äæåðåëî âõ³äíîãî çì³ííîãî ñèãíàëó, ùî éîãî òðåáà ï³äñèëèòè çà

ïîòóæí³ñòþ, à ó êîëî âèõ³äíîã íàâàíòàæåííÿ, ó ÿêîìó âèä³ëÿºòüñÿ

ïîñèëåíà ïîòóæí³ñòü. Çàëåæíî â³ä òîãî, ÿêèé åëåêòðîä º ñï³ëüíèì äëÿ

p

n

n

–

–

+

+

Ê

E

Å

E

ê

E

Á

I

Å

I

Ê

I

Á

 Ðèñ. 2.13 – Ñõåìà âìèêàííÿ

òðàíçèñòîðà

35

2. ÍÀϲÂÏÐβÄÍÈÊβ ÏÐÈËÀÄÈ ÒÀ ¯Õ ÑÒÈÑËÀ ÕÀÐÀÊÒÅÐÈÑÒÈÊÀ

âõ³äíîãî ³ âèõ³äíîãî ê³ë, ÿê öå ïîêàçàíî íà ðèñ. 2.14, ðîçð³çíÿþòü òðè

ñõåìè  âìèêàííÿ  òðàíçèñòîð³â: 

l

  ç³  ñï³ëüíîþ  áàçîþ – ç ÑÁ; 

l

 ç³

ñï³ëüíèì åì³òåðî젖 ç ÑÅ; 

l

  ç³ ñï³ëüíèì êîëåêòîðî젖 ç ÑÊ.

R

í

I

Á

U

âõ

U

âõ

VT

R

í

I

Å

I

Á

U

âõ

R

í

I

Ê

I

Å

I

Á

VT

VT

I

Å

I

Ê

I

Ê

   à)

   á)

  â)

Ðèñ. 2.14 - Ñõåìè âìèêàííÿ òðàíçèñòîðà: à) ç ÑÁ; á) ç ÑÅ; â) ç ÑÊ

Ñë³ä çàçíà÷èòè, ùî îñíîâí³ ñõåìè âìèêàííÿ ðîçãëÿäàþòüñÿ äëÿ ñèã-

íàëó íàïðóãè çì³ííîãî ñòðóìó.

Ó ñõåì³ ç ÑÁ: I

E

 – âõ³äíèé ñòðóì, I

Ê

 – âèõ³äíèé, ïåðåäàòí³ñòü ñòðóìó:

l

ñòàòè÷íࠖ 

Å

Ê

I

I

=

α

;

l

äèíàì³÷íࠖ 

.

const

U

dI

dI

ÊÁ

Å

Ê

äèí

=

=

α

Ó ñõåì³ ç ÑÅ: I

Á

 – âõ³äíèé ñòðóì, I

Ê

 – âèõ³äíèé, ïåðåäàòí³ñòü ñòðóìó:

l

ñòàòè÷íà –         

;

1

:

)

(

:

α

−

α

=

−

=

=

β

Å

Ê

Å

Å

Ê

Á

Ê

I

²

²

I

I

I

I

                           (2.6)

l

äèíàì³÷íࠖ             

.

const

U

dI

dI

ÊÁ

Á

Ê

äèí

=

=

β

                                 (2.7)

Ó ñõåì³ ç ÑÊ: I

Á

 – âõ³äíèé ñòðóì, I

E

 – âèõ³äíèé, 

β

+

=

α

=

1

1

1

Á

Å

I

I

.

Äëÿ åëåêòðè÷íèõ ñõåì íà á³ïîëÿðíèõ òðàíçèñòîðàõ ³ñíóº ÷îòèðè ñ³ì’¿

ñòàòè÷íèõ  âîëüò-àìïåðíèõ  õàðàêòåðèñòèê  (“ñòàòè÷íèõ”  ó  òîìó

ðîçóì³íí³, ùî äëÿ òðàíçèñòîðà çàäàþòüñÿ ô³êñîâàí³ çíà÷åííÿ íàïðóãè

ì³æ äåÿêèìè éîãî åëåêòðîäàìè àáî ñòðóìó â îäíîìó ç ê³ë, ³ çíàõîäÿòüñÿ

â³äïîâ³äí³ ¿ì çíà÷åííÿ ñòðóìó ó äðóãîìó êîë³ àáî íàïðóãè ì³æ ³íøèìè

åëåêòðîäàì蠖 ó ñòàòè÷íîìó ðåæèì³):

l

ñ³ì’ÿ  âõ³äíèõ  õàðàêòåðèñòèê 

( )

.

âõ

âõ

âèõ

i

f U

U

const

=

=