1.4.5.1. Примеры электронных схем на биполярных транзисторах

1. Эмиттерный повторитель

Рис. 33. Эмиттерный повторитель

Назван так потому, что выходной сигнал снимается с эмиттера и выходное напряжение не усилено. Причем, снимается с эмиттера напряжение чуть меньшее напряжения на базе (на входе схемы). Из входного сигнала вычитается падение напряжения на диоде (на переходе база-эмиттер), т.е.:

Вроде бы схема кажется бесполезной - усиления по напряжению она не дает. Но, по распространенности занимает второе место после схемы с ОЭ. Причина заключается в том, что схема с ОК является хорошим «согласователем» источника сигнала с его нагрузкой.

Входное полное сопротивление (импеданс) схемы ОК гораздо больше выходного импенданса. В результате источник сигнала будет отдавать меньшую мощность (ток), если нагрузку подключить к нему через эмиттерный повторитель. Уменьшается потеря амплитуды сигнала, обусловленная эффектом делителя напряжения при «прямом» подключении нагрузки к источнику сигнала.

ЭП обеспечивает усиление по току и не дает усиления по напряжению. Усиление по мощности в результате обеспечивается. Примером его использования является параметрический стабилизатор напряжения с ЭП. В этой схеме в отличии от рассмотренной ранее (см. рис. 28), стабилитрон отделен от нагрузки ЭП.

Рис. 34. Параметрический стабилизатор напряжения с эмиттерным повторителем

Ток стабилитрона в такой схеме относительно независим от тока нагрузки. Мощность, рассеиваемая на стабилитроне в раз меньше чем в базовой схеме. Резистор R_к – предохранитель транзистора в случае КЗ выхода. Параметрические стабилизаторы являются схемами регулирования без ОС (регулирование по возмущению). Более совершенными схемами стабилизации напряжения являются компенсационные стабилизаторы напряжения. Именно такая вторичная стабилизация некоторых напряжений может использоваться в БП ПК. В компенсационных стабилизаторах регулирование напряжения производится по отклонению, т.е. используется ОС по выходному напряжению. Простейшими примерами таких схем являются схемы, приведенные на рисунке 35, а, б.

Схему, предоставленную на Рис. 35, а) некоторые «теоретики от электроники» рассматривают и преподносят как параметрическую. При более продуманном анализе эта точка зрения представляется, мягко говоря, неточной. Действительно, в организации задающего тока I_бэ участвует и выходное напряжение стабилизатора, а не только ток стабилитрона, задаваемый входным напряжением.

а) б)

Рис. 35. Простейшие примеры компенсационных стабилизаторов напряжения

1.4.6. Полупроводниковые диодные чувствительные элементы

Принцип работы формируется за счет возможности деформирования ВАХ п/п диода при воздействии на него изменений требуемых информативных факторов: температуры, освещенности, магнитного поля, механического напряжения и др.. Принципы построения и функционирования p-n перехода, соответственно и исходная ВАХ таких приборов аналогичны рассмотренному учебному диоду.

Конструктив, в принципе, также аналогичен «стандартному» диоду, но может иметь специфику. Рассмотрим некоторые группы таких приборов

1. Термодиоды

ВАХ p-n перехода описывается выражением:

I=I₀(e^qU/kT-1) , (15)

где I₀ – ток насыщения; q – заряд электрона; U – внешнее напряжение; T – температура; K – постоянная Больцмана. При T = 290 K qU/kT = 0,025 В. Диод может быть заперт или открыт внешним по отношению к нему напряжением смещения – все соответствует «стандартному» диоду (см. п.п. 1.4.1., 1.4.2).

С ростом температуры обратный ток возрастает по экспотенциальному закону. Температурная характеристика диода – зависимость обратного тока от температуры может быть представлена выражением:

I₀= I₀₁e^(B/T₁^{-B/T) (16)}

^{Выражение (16) подходит и для ПТР (полупроводникового терморезистора) – термистора, не имеющего p-n перехода.}

^{Германиевые диоды превосходят по термочувствительности лучшие ПТР: коэффициент B диодов равен примерно 8000 К, а у наиболее чувствительных ПТР он составляет примерно 4000 К. Диоды, используемые в качестве термочувствительных элементов, называют термодиодами.}

^{Специально предназначенные для работы в этом качестве диоды серийно обычно не выпускаются. Разработчики средств автоматики используют в качестве термодиодов стандартные диоды.}

2. Фотодиоды

По сути конструктива эти электронные приборы представляют собой p-n переход, открытый для доступа света. Не «освещенный» светодиод (затемненный) аналогичен обычному диоду, для него справедливы те же соотношения и характеристики. Обратный ток в этом случае называется темновым током.

Принцип работы: фотоны, попадающие в полупроводник «выбивают» электроны – образуются дополнительные пары свободных носителей заряда. Эти носители притягиваются ОПЗ перехода, увеличивая его заряд и другие параметры (см. п.п. 1.4.1., 1.4.2).

ВАХ фотодиода описывается выражением:

I= I₀(e^qU/kT-1) - I_{ф (17)}

где I_ф – фототок. Это ток, создаваемый носителями заряда, «сгенерированными» световым потоком; I – ток во внешней цепи.

Фототок линейно связан со световым потоком Ф: I_ф = kФ, где k – чувствительность фотодиода. Ток I_ф является фотогенерационным, т.е. генерируется ток и, следовательно, падение напряжения на электродах светодиода (ЭДС) за счет использования прибором энергии света. С нашей точки зрения классический подход – отнесение светодиода к группе параметрических преобразователей является спорным. Естественно, под действием света изменяется ВАХ, т.е. параметры электрической цепи. Но, энергия внешнего по отношению к ЧЭ источника энергии преобразуется в другой вид энергии, являющейся выходной для данного преобразователя.

Практическим доказательством может служить следующий эксперимент. Если к электродам светодиода подключить электорорадиоизмерительный прибор (например, осциллограф), то световой импульс на светодиод определит генерацию на его электродах электрического импульса, что будет отображено прибором.

Т.о. еще раз подтверждается тезис о спорности и отсутствии абсолютной четкости любой классификации.

На основе одного p-n перехода изготавливаются так же следующие электронные ЧЭ (полупроводниковые приборы): магнитодиоды, фотомагнитодиоды, тензодиоды.