- •Лекция 1 Задачи курса
- •Элементы физики полупроводников
- •P-n переход, структура, работа.
- •Лекция 2 Статические характеристики диодов
- •Лекция 3 Динамические параметры p-n перехода
- •Полупроводниковые диоды.
- •Выпрямительные диоды.
- •Стабилитроны и стабисторы.
- •Светодиоды.
- •Фотодиоды.
- •Туннельные диоды.
- •Варикапы.
- •Лекция 4 Транзисторы.
- •Биполярные транзисторы.
- •Основные схемы включения транзистора.
- •Работа биполярного транзистора.
- •Лекция 5 Характеристики биполярных транзисторов.
- •Статические характеристики.
- •Модель биполярного транзистора Эберса - Молла.
- •Частотные свойства биполярных транзисторов.
- •Составные транзисторы.
- •Лекция 6 Униполярные (полевые) транзисторы.
- •Основные структуры полевых транзисторов.
- •Транзистор с изоляцией канала от затвора обратносмещенным p-n переходом.
- •Транзисторы структуры металл - диэлектрик - полупроводник (мдп).
- •Статические характеристики полевых транзисторов.
- •Лекция 7 Частотные свойства полевых транзисторов.
- •Некоторые особенности использования полевых транзисторов.
- •Тиристоры.
- •Лекция 8
- •2. Полупроводниковые устройства.
- •2.1. Усилительные устройства.
- •2.1.1. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с заземленным эмиттером.
- •Лекция 9
- •2.1.2. Усилительный каскад на биполярном транзисторе с отрицательной обратной связью по току.
- •2.1. 3. Эмиттерный повторитель.
- •2.1.4. Дифференциальный усилитель.
- •2.2. Полупроводниковые источники стабильного тока.
- •Лекция 10
- •2.3. Обратная связь в усилителях сигналов.
- •2.3.1. Влияние обратной связи на свойства усилителя.
- •2.3.2. Разновидности обратной связи.
- •2 Рис. 74. Параллельная обратная связь..4. Частотные свойства усилителей.
- •Лекция 11
- •2.5. Операционный усилитель (оу).
- •2.5.1. Принципиальная схема, состав, функциональное назначение.
- •2.5.2. Основные параметры операционного усилителя.
- •2.5.3. Основные включения операционного усилителя.
- •Решающие элементы аналоговых вычислительных машин (авм).
- •Сумматор.
- •2.5.4.2.Интегратор.
- •Дифференциатор.
- •Решение дифференциальных уравнений.
- •Триггер Шмитта.
- •Лекция 12
- •3. Источники питания электронной аппаратуры.
- •3.1. Структурные схемы источников питания.
- •3.2. Выпрямители.
- •3.2.1. Однополупериодный выпрямитель.
- •3.2.2. Двухполупериодный выпрямитель.
- •3.2.3. Мостовой выпрямитель.
- •3.2.4. Выпрямители с умножением напряжения.
- •3.3. Фильтры.
- •Лекция 13
- •3.4. Стабилизаторы напряжения.
- •3.4.1. Компенсационные стабилизаторы.
- •3.4.2. Импульсный стабилизатор.
- •3.4.3. Источник питания с преобразованием частоты.
- •Лекция 14
- •4 Импульсная техника.
- •4.1 Импульсный сигнал, его характеристики.
- •4.2 Формирователи импульсных сигналов.
- •Лекция 15
- •4.3 Ключ на биполярном транзисторе.
- •Лекция 16
- •4.4 Процессы переключения ключа на биполярном транзисторе.
- •Лекция 17
- •4.5 Транзисторные ключи на полевых транзисторах.
- •4.6 Генератор импульсной последовательности (мультивибратор).
- •4.7 Триггер на биполярных транзисторах.
Статические характеристики.
Под статическими характеристиками будем понимать зависимости между переменными и параметрами биполярного транзистора на постоянном токе. Такими зависимостями являются: Iэ=f(Uбэ, Uкб) , Iк=f(Uкб, Iэ) — для схемы включения с общей базой и Iб=f(Uбэ, Uкэ) , Iк=f(Uкэ, Iб) — для схемы включения с общим эмиттером. Функции Iэ и Iб называют входными, а Iк — выходными характеристиками.
Рис. 27. Входная характеристика в схеме
с общим эмиттером.
Рис.26.Входная
характеристика в схеме с общей базой.
Существенное отличие ВАХ базово - эмиттерного перехода от ВАХ диода состоит в том, что из-за малой толщины слоя базы обратное напряжение перехода значительно ниже и составляет единицы вольт.
При снятии входной характеристики в схеме с общим эмиттером миллиамперметр нужно включать в цепь базы, и он будет показывать входной ток даже при подключении источника напряжения к выводу коллектора.
На полученных характеристиках видно одно из проявлений эффекта Эрли, состоящее в том, зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер изменяется в зависимости от напряжения на коллекторе. Увеличение напряжения на коллекторе приводит к уменьшению тока базы при сохранения неизменным напряжения база-эмиттер.
Другой важной статической характеристикой является зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-база (в схеме включения с общей базой) или от напряжения коллектор-эмиттер (в схеме с общим эмиттером). На рисунке 28 представлено семейство выходных характеристик в схеме включения с общей базой.
Особенностью данной характеристики является то, что при постоянном приращении тока эмиттера она становится регулярной, правая полуплоскость соответствует линейному режиму, загиб характеристик в правой части характеристик соответствует режиму пробоя (резкое возрастание тока коллектора при очень малом изменении напряжения коллектор-база).
Особенная точка характеристики Uкэ = 0, что соответствует соединению выводов коллектора и эмиттера. Левая полуплоскость соответствует режиму насыщения, так как напряжение коллектор-база становится отрицательным и смещает p-n в прямом направлении, т.е. в этом режиме и базово-эмиттерный и базово - коллекторный переходы смещены в прямом направлении, а ток коллектора определяется внешней цепью.
Рис. 28. Выходные характеристики при
включении с общей базой.
Проявление эффекта Эрли состоит в наклоне характеристик на линейном активном участке.
Наибольшее распространение в схемотехнике функциональных устройств получила основная схема включения с общим эмиттером и поэтому существенно знание основных характеристик для этого включения.
Следует напомнить основную особенность этого включения, общей точкой соединения источников питания является эмиттер. Поэтому входным током в этом случае является ток базы — Iб, а выходным — ток коллектора — Iк.
Указанные особенности приводят к изменению вида характеристик, что особенно заметно на выходных характеристиках — выходные характеристики располагаются только в положительной полуплоскости аргумента.
Рис. 29. Выходные характеристики в схеме
включения с общим эмиттером.
В линейной электронике наибольшее применение находит второй режим, для которого характерна зависимость . В этом выражении— коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора,— дифференциальное сопротивление коллектора. Причем третье слагаемое отображает влияние эффекта Эрли.
Каждая из характеристик получена при определенном значении тока базы Iб1 < Iб2 < Iб3 < Iб4. Если Iб(i+1) - Iбi = Iб — const, то семейство характеристик получается регулярным.
В режиме насыщения выполняется соотношение , т.е. нарушена линейная зависимость тока коллектора от тока базы, а величина тока коллектора определяется внешней цепью (сопротивлением в цепи коллектора транзистора).
Третья область характерна наступлением либо электрического пробоя переходящего в тепловой, либо теплового пробоя связанного с рассеиванием на коллекторе большой электрической мощности.
ВАХ дают полное описание транзистора, но использование их достаточно сложное, позтому на основе ВАХ вводят статические параметры биполярных транзисторов. К ним относятся: дифференциальное сопротивление базы — , коэффициент передачи базового тока в цепь коллектора —, дифференциальное сопротивление коллектора —. Указанные параметры могут быть определены либо экспериментально, либо из статических характеристик.
Рассмотрим определение параметров по статическим характеристикам.
Для определения дифференциального сопротивления базы необходимо в рабочей точке к характеристике провести касательную, к которой линиями параллельными осям координат достроить прямоугольный треугольник. Катет параллельный оси тока дает приращение тока базы —dIб, а катет параллельный оси напряжения дает приращение напряжения база-эмиттер —dUбэ. Параметр — дифференциальное сопротивление базы определяется соотношением . Построения, связанные с определениемпоказаны на рисунке 30.
Рис.30. Построения графика для определения
.
Нахождение дифференциального сопротивления коллектора состоит в том, что в рабочей точке выходной ВАХ проводится касательная (на рисунке касательная совпадает с характеристикой) к которой достраивается прямоугольный треугольник с катетами dIк и dUкэ, и искомый параметр определяют по выражению .
Для нахождения основного параметра — коэффициента передачи базового тока в цепь коллектора — необходимо выполнить следующее (см. рис. 31). Произвольно на втором участке ВАХ провести вертикальную линию — П. По точкам пересечения проведенной линии с двумя линиями ВАХ, построенных соответственно с токами базы Iб1 и Iб2, определить значения токов коллектора Iк1 и Iк2.
Параметр определиться соотношением = dIк/dIб,
где dIк = Iк2 - Iк2, dIб = Iб2 - Iб1.
Рис.31. Определение параметров транзистора
по выходным характеристикам.
Для простейших расчетов усилительных каскадов на биполярных транзисторах во многих случаях достаточно знание рассмотренных параметров.
В электротехнике для описания характеристик (параметров) неизвестных электрических и электронных устройств широко используется метод четырехполюсника. Под четырехполюсником понимается электрическая схема или часть схемы, которая отображается прямоугольником и имеет четыре вывода, два входных и два выходных. На рис. 32 показано изображение четырехполюсника с вписанным в него транзистором.
Рис.32. Четырехполюсник.
Из указанных переменных две являются не зависимыми, а другие две -- функциями. Если в качестве независимых переменных выберем i1, u2, то четырехполюсник описывается уравнениями
u1 = A*i1 + B*u2
i2 = C*i1 + D*u2 .
Коэффициенты A,B,C,D являются параметрами четырехполюсника и соответственно параметрами транзистора. В зависимости от того, в каких единицах измерения представлены параметры они получают общее название: если они измеряются в омах, то — Z - параметры, если в 1/ом, то — Y - параметры. Однако в полупроводниковой электронике повсеместно распространены h - параметры (гибридные). При использовании h - параметров уравнения четырехполюсника будут иметь вид
.
Рассмотрим, как могут быть определены параметры четырехполюсника, и каков их физический смысл.
При переходе от мгновенных значений к приращениям переменных будем иметь:
, при u2 = 0, т.е. при коротком замыкании на выходе четырехполюсника, но с другой стороны при включении с общим эмиттером. Таким образом, параметр четырехполюсника h11 является дифференциальным сопротивлением базы.
, при u2 = 0, но, следовательно, в схеме включения с общим эмиттером параметр h21 является коэффициентом передачи базового тока в цепь коллектора —.
, при i1 = 0, т.е. при холостом ходе на входе схемы. Нои, следовательно.
, при i1=0 — характеризует степень влияния выходного напряжения на режим входной цепи, поэтому он называется коэффициентом обратной связи.
В справочниках по транзисторам в качестве параметров даются h - параметры. Помимо гибридных параметров среди справочных данных публикуют производный параметр , при Uкэ = const, который называют “крутизна” и который характеризует изменение тока коллектора при изменении напряжения база-эмиттер на единицу. Этот параметр можно выразить через другие параметры. Помимо этого показано.