Файл: Oporny_konspekt.doc

В базе электроны рекомбинируют, а их кон­центрация в базе пополняется от «+» источника Еэ, за счет чего в цепи базы будет протекать очень малый ток. Оставшиеся электроны, не успевшие рекомбинировать в базе, под ускоряю­щим действием поля закрытого коллекторного перехода как неосновные носители будут пере­ходить в коллектор, образуя ток коллектора. Степень рекомбинации носителей зарядов в базе оценивается коэффициентом перехода носителей зарядов.

Основное соотношение токов в транзисторе: Iэ = Iк +I6

Дырки из коллектора как неосновные носители зарядов будут переходить в базу, образуя обратный ток коллектора Iкобр.

Схемы включения биполярных транзисторов

Схемы включения транзисторов получили свое название в зависимости от того, какой из вы­водов транзисторов будет являться общим для входной и выходной цепи.

Схема включения с общей базой

Из трех выводов транзистора на эмитер подается входной сигнал, с коллектора - снимается вы­ходной сигнал, а третий вывод - база является общим для входной и выходной цепи. Выходной сигнал - переменное напряжение на резисторе нагрузки Rн. Таким образом, рассмотренная выше схема получила название схемы с общей базой.

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• коэффициент усиления по току Iвых/Iвх (для схемы с общей базой Iвых/Iвх=Iк/Iэ=α [α<1])

Входное сопротивление для схемы с общей базой мало и составляет десятки Ом, так как вход­ная цепь транзистора при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзисто­ра. Недостатки схемы с общей базой:

• Схема не усиливает ток - коэффициент усиления менее 1

• Малое входное сопротивление

• Два разных источника напряжения для питания.
  Достоинства - хорошие температурные и частотные свойства.

Схема включения с общим эмиттером.

В этой схеме общим цепи базы и цепи коллектора является эмитер – отсода и название этой схемы.

Схема, изображенная на рисунке ниже, является наиболее распространенной, так как она дает наибольшее усиление по мощности.

Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд выходного и входного переменного тока, то есть переменных состав­ляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц.

Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение база - эмиттер Uбэ, а выходным - переменное напряжение на резисторе нагрузки Rн или, что то же самое, между коллектором и эмиттером - Uкэ:

Напряжение база - эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное напряжение при достаточном сопротивлении резистора нагрузки и напряжении источника Ек достигает еди­ниц, а в некоторых случаях и десятков вольт. Поэтому коэффициент усиления каскада по напряжению имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиле­ния каскада по мощности получается равным сотням, или даже десяткам ты­сяч. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало (от 100 до 1000 Ом). Каскад по схеме ОЭ при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выход­ным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°.

Достоинства схемы с общим эмиттером:

- Большой коэффициент усиления по току,

- Большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление,

- Для питания схемы требуются два однополярных источника, что позволяет на практике обходиться одним источником питания.

Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Одна­ко за счет преимуществ схема с ОЭ применяется наиболее часто.

Схема включения с общим коллектором.

В схеме с ОК коллектор является общей точкой входа и выхода, по­скольку источники питания Еб и Ек всегда шунтированы конденсаторами большой емкости и для переменного тока могут считаться короткозамкнутыми. Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. с. очень сильна от­рицательная обратная связь. Входное напряжение равно сумме перемен­ного напряжения база - эмиттер Uбэ и выходного напряжения. Коэффициент усиления по току каскада с общим коллектором почти такой же, как и в схеме с ОЭ, т. е. равен нескольким десяткам. Однако, в отличие от каскада с ОЭ, коэффициент усиления по напряжению схемы с ОК близок к единице, причем всегда меньше ее. Переменное напряжение, поданное на вход транзистора, усиливается в десятки раз (так же, как и в схеме ОЭ), но весь каскад не дает усиления. Коэффициент усиления по мощности равен примерно нескольким десяткам.

В этой схеме фазового сдвига между Uвых и U вх нет. Поэтому данный каскад обычно называют эмиттерным повторителем.

Эмиттерным - потому, что резистор нагрузки Rн включен в провод вывода эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера (относительно корпуса). Так как входная цепь представляет собой закрытый коллекторный переход, входное сопротивление каскада по схеме ОК состав­ляет десятки килоом, что является важным достоинством схемы. Выходное сопротивление схемы с ОК, наоборот, получается сравнительно небольшим, обычно единицы кОм или сотни Ом. Эти достоинства схемы с ОК позволяют использовать ее для согласования раз­личных устройств по входному сопротивлению.

Недостатком схемы является то, что она не усиливает напряжение - коэффициент усиления чуть меньше 1.

Схемы питания и стабилизации режима работы транзисторов.

В каскадах с транзисторами применяют обычно питание от одного источника. Для нормального режима работы транзистора необходимо, чтобы

между эмитером и базой было постоянное небольшое напряжение – для этого необходимо подать некоторое напряжение смещения от источника питания коллекторной цепи.

В каскаде с ОЭ (Рис.а) постоянный ток базы проходит через резистор R1, на

Котором гасится почти все напряжение Еп. Небольшая часть напряжения падает на участке база-эмиттер и является напряжением смещения базы. Недостаток данной схемы: не может работать в широком диапазоне температур, т. к. сопро­тивление эмиттерного перехода очень сильно зависит от температуры. На (Рис.б) показана наиболее распространенная схема стабилизации режима каскада ОЭ который наиболее подвержен влиянию температуры. Это так называемая схема коллекторной стабилизации. Резистор R1 служит для установки необходимого смещения на базе поделючен не к источнику Еп, как в схеме (Рис.а), а к коллектору. Если от нагрева или смены транзистора возрастает коллекторный ток, то увеличится падение напряжения на Rк, а напряжение Uкэ соответственно уменьшится. Это приведет к уменьшению напряжения Uбэ и следовательно к уменьшению коллекторного тока. Более сложная схема эмитерной стабилизации показана на (Рис.в). Здесь резисторы R1 и R2 образуют делитель для получения напряжения смещения на базе , а резистор Rэ является стабилизирующим. Для того чтобы резистор Rэ не создавал отрицательной обратной связи по переменному току, он шунтируется конденсатором Сбл.

а) б) в)

Диапазон рабочих температур транзистора определяется температурными свойствами р-n перехода. При его нагревании от комнатной температуры (25 °С) до 65 °С сопротивление базы и закрытого коллекторного перехода умень­шается на 15-20 %. Особенно сильно нагревание влияет на обратный ток коллектора. Он увеличивается в два раза при увеличении на каждые 10°С. Всe это влияет на характеристики транзистора. Поэтому схемы включения транзисторов требуют также и температур­ной стабилизации.

Температурная стабилизация рабочей точки транзистора.

При нагревании рабочая точка смещается по нагрузочной прямой, что приводит к увеличению коллекторного тока Iк и уменьшению напряжения Uкэ. Это равносиль­но приоткрыванию транзистора. Поэтому основной задачей температурной стабилизации является синхронная с увеличением температуры стабилизация положения рабочей точки. На рис.а) показана схема с использованием терморезистора.

а) б)

При нагревании сопротивление терморезистора уменьшается, что приводит к общему умень­шению сопротивления включeных в параллель резисторов R6" и Rt. За счeт этого напряже­ние ибэ будет уменьшаться, эмиттерный переход подзапираться, и рабочая точка сохраняет своё положение на нагрузочной прямой.

Аналогичным образом происходит термостабилизация рабочей точки полупроводниковым диодом рис.б).

При увеличении температуры сопротивление диодов в обратном включении будет умень­шаться за счет термогенерации носителей заряда в полупроводнике. Общее сопротивление включенных параллельно резистора R6" и диода VD1 будет уменьшаться, что приведет к уменьшению напряжения Uбэ, транзистор подзапирается и рабочая точка сохраняет свое по­ложение.

Недостатком схем с терморезистором и полупроводниковым диодом является то, что и термо­резистор, и полупроводниковый диод должны подбираться по своим температурным свой­ствам для каждого конкретного транзистора. Поэтому наиболее часто применяют схемы тем­пературной стабилизации отрицательной обратной связью (ООС) по постоянному току и напряжению.

Составной транзистор

Составной транзистор (транзистор Дарлингтона) — объединение двух или более биполярных транзисторов с целью увеличения коэффициента усиления по току.

Составной транзистор является каскадным соединением нескольких транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором. Нагрузкой предыдущего каскада является переход база-эмиттер транзистора следующего каскада, то есть транзисторы соединяются коллекторами, а эмиттер входного транзистора соединяется с базой выходного. Кроме того, может использоваться нагрузка в виде резистора. Такое соединение рассматривают как один транзистор, коэффициент усиления по току которого при работе транзисторов в активном режиме приблизительно равен произведению коэффициентов усиления первого и второго транзисторов.

Полевые транзисторы

Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим р-n переходом.

Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаeтся только основными носителями зарядов под действием продольного электриче­ского поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, ко­торое создается напряжением, приложенным к управляющему электроду.

- Вывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком.

- Вывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком.

- Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

- Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между р-n переходом, называется каналом полевого транзистора.

Полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом р-типа или n-типа. Условное графическое изображение полевого транзистора с каналом n-типа и с каналом р-типа изображе­но на рисунке ниже.

Принцип действия рассмотрим на примере транзистора с каналом n-типа.

На затвор всегда подается такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение меж­ду стоком и истоком создает продольное электрическое поле, за счет которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1. При отсутствии напряжения на затворе р-n переходы закрыты собственным внутрен­ним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

2. При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина р-n переходов увеличива­ется, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3. При достаточно больших напряжениях на затворе ширина р-n переходов может уве­личиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки. Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока.

Устройство и принцип действия динисторов и тиристоров.

Динисторы

Динисторы - это неуправляемые переключательные диоды.

Наружная р-область и вывод от нее называется анодом. Наружная n-область и вывод от нее называется катодом. Внутренние р- и n-области называют­ся базами динистора. Крайние р-n переходы называются эмиттерными, а средний р-n переход называется коллекторным.

Если подать на анод «-», а на катод «+» то при этом эмиттерные перехо­ды будут закрыты, коллекторный открыт. Основные носители зарядов из анода и катода не смогут перейти в базу, поэтому через динистор будет протекать только маленький обратный ток, вызванный не основными носителями заряда.

Если на анод подать «+», а на катод «-», эмиттерные переходы открываются, а коллекторный закрывается.

Основные носители зарядов переходят из анода в базу 1, а из катода - в базу 2, где они стано­вятся не основными и в базах происходит интенсивная рекомбинация зарядов, в результате ко­торой количество свободных носителей зарядов уменьшается. Эти носители заряда подходят к коллекторному переходу, поле которых для них будет ускоряющим, затем проходят базу и переходят через открытый эмиттерный переход, т. к. в базах они опять становятся основными. Пройдя эмиттерные переходы, электроны переходят в анод, а дырки - в катод, где они вторич­но становятся не основными и вторично происходит интенсивная рекомбинация. В результате количество зарядов, прошедших через динистор, будет очень мало и прямой ток также будет очень мал. При увеличении напряжения прямой ток незначительно возрастает, т. к. увеличива­ется скорость движения носителей, а интенсивность рекомбинации уменьшается. При увели­чении напряжения до определенной величины происходит электрический пробой коллектор­ного перехода. Сопротивление динистора резко уменьшается, ток через него сильно увеличи­вается и падение напряжения на нем значительно уменьшается. Считается, что динистор перешел из выключенного состояния во включенное эти режимы показаны на рисунке.

I – участок открытого состояния динистора,

II – участок отрицательного сопротивления,

III – участок пробоя коллекторного перехода,

IV – участок в прямом включении, на котором динистор заперт, и приложенное к его выводам напряжение меньше, чем необходимо для возникновения пробоя,

V – участок обратного включения динистора,

VI – участок лавинного пробоя.

Динисторы применяются в виде бесконтактных переключательных устройств, управляемых напряжением.

Тиристоры.

Тиристором называют переключательный прибор с тремя электронно-дырочными переходами и тремя выводами- анодом, катодом и управляющим электродом. Тиристоры обладают аналогичной динисторам структурой, а отличие состоит в наличии управляющего электрода - дополнитнльного вывода, подключенного к одной из баз. Если через управляющий электрод пропустить отпирающий ток, то тиристор перейдет в открытое состояние. В зависимости от того, к какой из баз присоединен управляющий электрод, можно организовать включение тиристора при подаче отпирающего напряжения между управляющим электродом и либо анодом, либо катодом. Вольтамперная характеристика тиристора похожа на характеристику динистора, однако отпирание тиристора происходит при более низких напряжениях. Чем больше ток управляющего электрода, тем при более низком прямом напряжении тиристор перейдет в открытое состояние.