1629382645-b4e04346f8103ace08f21d88eab88aa5 (Транзисторы и линейные ИС. Гринфилд)

! ~ и ,ФЬ; $.'1~;В 4 Дж. Гринфилд ТРАНЗИСТОРЫ И ЛИНЕЙНЫЕ ИС Руководство по анализу и расчету Перевод с английского канд. техн. наук Н. И. Кузнецова 9 Москва «Мир» 1ЭЭ2 ББК 32.852 Г85 УДК 62!.3 В книт специалиста из Св!А излагаются вопросы анализа и расчета транзисторных и линейных интегральных схем.

Изложение ведется последовательно — от физических основ полупроводниковой электроники и принципов действия транзистора до расчета многокаскадных усилителей, усилителей мотности, источников питания, резонансных и операционных усилителей. Материал изложен чрезвычайно доступно н наглядно. В приложениях приводятся соотношения лля расчета параметров и характеристик схем, а также программа на Бейсике длк вычисления коэффициента усиления каскада на нолевом транзисторе.

Для студентов и преподавателей вузов по специальностям «Электронные приборы» н «Микроэлектроника». 2302030300-408 Г 120-90 041 (01)-92 ББК 32.852 Редакция литературы ло новой технике (с) (988, Ьу )ойп %1!еу ос аонк, !пс. © перевод на русский язык, Кузнецов Н.

И., (992 !БВ!Ч 5-03-001633-3 (руссн.) !ЯВ(Ч 0-471-89097-9 (англ.) Гринфилд Дж. Г85 Транзисторы и линейные ИС: Руководство по анализу и расчету; Пер. с англ.— М.: Мир, 1992.— 560 с., ил. 18ВХ 5-03-001633-3 ПРЕДИСЛОВИЕ ПЕРЕВОДЧИКА В книге содержится достаточно много оригинального материала, предложенного автором. Например, расчет усилителей с отрицательной обратной связью и другие.

Книга охватывает фактически полный курс радиоэлектроники и служит для выработки практических навыков по расчету конкретных электронных схем. Математический аппарат, используемый в книге, рассчитан на студентов 2 — 3 курсов технических специальностей и включает компьютерные программы на алгоритмическом языке Бейсик. В переводе книги сохранены условные обозначения и термины автора, что не вызывает затруднений при работе с книгой.

Кроме того, указанные обозначения раскрываются в тексте. В приложениях приведены подробные выводы некоторых соотношений. Н. И. Кузнецов ПРЕДИСЛОВИЕ В главе 5 рассматриваются полевые транзисторы с управляющим рп-переходом. Проводимый анализ основан на машинных программах на языке Бейсик. Многие из этих программ предназначены специально для полевого транзистора с управляющим рп-переходом при емкостной связи с нагрузкой и имеются только в этой книге. Входные и выходные файлы программ на Бейсике представлены таким образом, что студент может исследовать по данным входа выходные данные программ. Сами программы могут прогоняться на любом компьютере или на персональной ЭВМ, которые имеют Бейсик. В главе 6 представлены наиболее важные многотранзисторные схемы. Особое внимание уделено парам Дарлингтона и дифференциальным усилителям.

Глава 7 посвящена амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) транзистора. Уравнение (7.7) для низкочастотной области характеристики, определяющее положение нуля и полюса, можно найти только в этой книге. Анализ высокочастотной области характеристики проведен достаточно просто. Здесь же приведен анализ АЧХ осциллографов и пробников электронно-лучевых осциллографов, что редко встречается в большинстве учебников. Глава 8 ограничена рассмотрением только двух видов обратной связи, а не четырех, как это сделал Миллман.

Это опять же сделано для облегчения восприятия материала студентом, так как часто трудно определить, какие типы обратной связи используются в какой-либо конкретной схеме. Анализируется также влияние обратной связи на АЧХ. В главе 9 представлен подробный анализ усилителей мощности, который во многих учебниках делается поверхностно. Основное внимание уделено мощности, рассеиваемой в этих усилителях. В главе 10 анализируются стабилизированные источники питания.

На основе этого анализа, проведенного только в этом учебнике, получено соотношение между входным и выходным напряжениями. Здесь же представлены стабилизаторы с импульсным регулированием. Глава ! 1 посвящена резонансным схемам и генераторам. В главе 12 всесторонне рассматриваются операционные усилители (ОУ). В заключение я хочу поблагодарить У. Дзвида Бейкера из К1Т за его помощь и советы при совместном чтении рукописи, а также Джека Шенкера из Яс!епйбс Кайо, 1пс.

за его помощь и консультации. Хенк Стиварт из 1опп байеу всегда был исключительно полезен и вселял в меня уверенность. И наконец, я благодарю свою жену Гладис за ее любовь, дружескую поддержку и конкретную помощь в виде перепечатки текста рукописи. Джозеф Гриифихд ВВЕДЕНИЕ (сплошные стойки электронных ламп) н стоили несколько миллионов долларов. Кроме того, они не обладали теми возможностями, которыми обладают современные Арр!е, ТКИ-80 и другие мини-компьютеры, которые могут размещаться на столе и стоят меньше 1000 долларов. К счастью, в 1947 г.

в Ве!1 Те!ерЬоп ЬаЬога1ог1еа были изобретены транзисторы. Их работа основана на движении электрических зарядов в твердом полупроводнике, в связи с чем появилось название «твердотельная электроникав. Так как в транзисторах отсутствует накал, то мощность, потребляемая электронными схемами, резко снизилась.

Кроме того, напряжение ис~очников питания теперь уже требуется не 300 В, как для электронных ламп, а лишь 20 или 30 В, что по существу исключает опасность поражения электрическим током. Транзисторные элементы преобладали в электронике с середины 1950-х гг. до начала 1970-х, когда широкое распространение получили интегральные схемы 1ИС). Но интегральная схема по сути представляет собой массив транзисторов, получаемых в процессах травления и диффузии в полупроводниковой пластине. Конечно, дискретные транзисторы все егде используются во многих схемах, особенно там, где требуемая мощность не позволяет использовать интегральные схемы. Книга предназначена для инженеров-разработчиков и технологов и ставит целью объяснение работы транзистора и построение схем на нем. В книге дается расчет и построение транзисторных схем, а не самих транзисторов.

Поэтому твердотельная физика освещена в общем плане; эта тема предоставлева книгам, основное назначение которых †расч и конструирование самих транзисторов. Вместо этого мы сосредоточили основное внимание на характеристиках и предельных параметрах существующих транзисторов и интегральных схем, для того чтобы читатель, разобравшись в принципе работы транзисторных схем,мог бы сконструировать, отремонтировать и рассчитать эти схемы самостоятельно.

ГЛАВА 1 идеальные проводники и диэлектрики в природе не существуют, материалы, близкие по свойствам к тому и другому виду, встречаются довольно часто, Способность материала проводить электрический ток оценивается его удельным сопротивлением (р). Удельное сопротивление материала — это сопротивление одного кубического сантиметра этого материала (рис. 1.1).

Удельные сопротивления некоторых материалов приведены в табл. 1.1. За единицу удельного сопротивления принят Ом.см. Как видно из таблицы, хороший проводник имеет удельное сопротивление около 2 * 10 Ом. см, тогда как удельное сопротивление диэлектриков — около 10'4 Ом см. Таким образом, разница между удельными сопротивлениями диэлектриков и проводников огромна (- 10'о Ом см), ПОЛУПРОВОДНИКИ И ДИОДЫ различия.

Поэтому медь является одним из лучших и наиболее широко используемых проводников, а слюда часто используется как изолятор. Пример 1.1 Медная проволока имеет площадь сечения 53,48 мм'. Найти сопротивление этой проволоки, если ее длина равна 100 м. Решение А = 53,48 мм' = 0„5348 см2 рЕ 1,72 10 . 10 Я = — = = 0,3216 Ом" А 0,5348 14 ГЛАВА ! 1.4, Г~ОХТУГ)РОВОДМИКй Использование полупроводников обеспечило прогресс электронной промышленности благодаря созданию таких твердотельных приборов, как диоды, транзисторы и интегральные схемы. Атомы углерода„германия и кремния золото является хорошим проводником и не окисляется, но оно весьма дорого.

Иногда оно используется при изготовлении печатных плат„особенно на печатных контактах, которые обеспечивают подключение к внешним соединителям. Медь много дешевле и широко используется в качестве проводника. пол~проводники и диоды В идеализированной модели атома (рис. 1.3) свободные электроны, способные проводить ток, отсутствуют, и материал является диэлектриком. При комнатной температуре, однако, некоторые электроны приобретают достаточную энергию для того„чтобы порвать ковалентную связь и покинуть собственные атомы.

Когда электрон теряет ковалентную связь, он становится проводником электричества. На его месте образуется так называемая дырка. Кристалл кремния с нарушенной ковалентной связью представлен на рис. 1.4. ГЛАВА ! Удельная электропроводность определяется уравнением (1.2), где и-число свободных электронов, р„-подвижность электронов, р-число дырок, р -подвижность дырок и е †зар электрона (1,6 1О 'в Кл) ск = (п)г„+ рр ) е.

В беспримесном, или собственном, полупроводнике число свободных электронов должно быть равно числу дырок, потому что каждый электрон, который покидает ковалентную зону, образует на своем месте дырку. Число электронов или дырок называется собственной концентрацией носителей заряда, и, В табл. 1.2 приведены характеристики кремния и германия. Твблнна 1.2. Характеристики креминв н германии ГЗ) Характеристики 1300 500 34 13 3800 1800 99 47 Пример !.2 Используя табл. 1.2, показать, почему удельное сопротивление кремния примерно в 5000 раз больше удельного сопротивления германия.