электроника шпоры по вопросам 2006 (Шпоры по Созинову), страница 6

Статические характерстики транзисторов показывают функциональные связи между постоянными токами и напряжениями электродов транзистора. Для каждой схемы включения в активном режиме существует своя совокупность семейств характеристик, описывающих связь токов и напряжений в транзисторе. 4 вида характеристик описывают свойства любого 3-электродного прибора:

1) входные характеристики: ; Iвых = const или Uвых = const.

2) выходные характеристики: ; Iвх = const или Uвх = const

3) характеристики управления (хар-ки прямой передачи): ; Uвых = const

4) характеристики обратной связи (действия): ; Iвх = const

Существуют характеристики в схеме с общей базой и характеристики в схеме с общим эмиттером.

Характеристики в схеме с ОЭ

Наиболее точными и употребительными являются характеристики с схемах с ОЭ, так как в этом случае ток базы есть аргумент для входных характеристик и характеристик прямой передачи и пар-р для остальных.

На рисунке 48 представлено семейство характеристик биполярного транзистора для схемы с ОЭ:

1. семейство входных (базовых) характеристик транзистора (48а): ; Uкэ = const

2. семейство выходных (коллекторных) характеристик транзистора (48б): ; Iб = const

3. семейство характеристик прямой передачи по току (48в): ; Iкэ = const

4. семейство характеристик обратного действия (48г): ; Iб = const

рис 48 статические характеристики БТ в схеме с ОЭ. а) – входные, б) выходные, в) хар-ки управления, г) хар-ки обратного действия

ВОПРОС 21 часть 3

Выражения (29) и (31) устанавливают связь между токами транзистора и справедливы для любой схемы включения. Аналогичные процессы происходят в n-p-n транзисторах.

Обратное напряжение, приложенное к коллекторному переходу значительно больше напряжения прямо включенного эмиттерного перехода, а токи в цепях эмиттера и коллектора практически равны. Поэтому мощность в нагрузке, создаваемая переменной составляющей коллекторного тока, оказывается значительно больше мощности, затрачиваемой на управление током в цепи эмиттера. Следовательно, транзистор обладает исключительными свойствами.

Инверсный режим

В инверсном режиме эмиттерный переход обратно включен, а коллекторный находится под прямым напряжением. Поэтому по сравнению с активным, в инверсном режиме инжекция носителей осуществляется коллекторным переходом, а экстракция – эмиттером. Практически эмиттер и коллектор меняются функциями и местами в схеме.

Для схемы с ОБ:

Поскольку площадь эмиттерного перехода много меньше площади коллекторного перехода и концентрация Nб<Nб, то

для схемы с ОК:

для схемы с ОЭ:

дифференциальный коэффициент передачи тока

для переменных сигналов, амплитуда которых много меньше величины питающих напряжений, связь между током коллектора и эмиттера определяется дифф-ем соотношения (29) как функции двух аргументов в предположении, что , то есть

- дифференциальный коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с ОБ

ВОПРОС 24

Полевые транзисторы иначе называют канальными или униполярными.

Главное достоинство полевых транзисторов – высокое входное сопротивление, которое может быть таким же как и у электронных ламп. Пластинка из полупроводника, например n-типа, имеет на концах электроды, с помощью которых она включена в управляющую цепь усилительного каскада. Вдоль этой пластины проходит ток основных носителей – электронов. Управляющая цепь транзистора образована с помощью третьего электрода, представляющего собой область с другим типом электропроводности. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n переходе и от этого изменяется толщина объединенного слоя (штриховые линии на рисунке). Соответственно этому меняется область поперечного сечения области, сквозь которую проходит поток основных носителей заряда. Эта область называется каналом.

Рис 49

Основной параметр транзистора – это крутизна S:

1) ; Uси = const

2) внутреннее (выходное) сопротивление: ; Uзи = const

ВОПРОС 21 часть 2

Активный режим. Эмиттерный переход включен в прямом направлении, коллекторный – в обратном. Такое включение соответствует активному режиму, а транзистор обладает усилительными свойствами.

Принцип действия транзистора в активном режиме основан на использовании следующих явлений: 1) инжекции основных носителей через эмиттерный переход; 2) перенос инжектированных носителей через базу вследствие диффузии и дрейфа; 3) рекомбинация неравновесных носителей в базе; 4) экстракция неосновных носителей базы в коллектор полем коллекторного перехода.

Инжекция носителей обуславливает прохождение через эмиттерный переход дифф-ных токов: дырочного Iэp и электронного Iэn. Во внешней цепи протекает ток инжекции

Для транзисторной структуры p-n-p типа соотношение между примесями в эмиттере и базе определяется:

Потому как

Инжекция носителей из эмиттера в базу превышает концентрацию неосновных носителей в базе. Их концентрация на границе эмиттерного перехода для p-n-p структуры определяется соотношением:

Диффузия дырок в базе сопровождается их рекомбинацией электронами. На место рекомбинированных электронов в базу из внешней цепи источника поступают другие электроны, создавая в дополнение к электронному току инжекции Iэн ток базы рекомбинации Iбрек, так как ширина базы значительно меньше дифф-ной длины носителей. Дырки, инжектированные эмиттером в базу и достигшие обратно включенного коллекторного перехода, попадают в его ускоряющее поле и перебрасываются в базу коллектора. Создается управляемая часть тока коллектора:

Процесс переноса неосновных неравновесных носителей через базу оценивается коэффициентом переноса:

Коэффициент называется интегральным (статическим) коэффициентом передачи тока эмиттера в цепь коллектора и с учетом соотношений (24) и (26) определяется формулой:

Кроме управляемой части коллекторного тока в электроде коллектора протекает неуправляемая часть тока – тепловой ток обратно включенного перехода. Он аналогичен току обратно включенного полупроводникового диода и поэтому получил название обратного тока коллектора Iкбо

Направление обратного тока коллектора совпадает с направлением управляемой части коллекторного тока и поэтому

Ток Iкбо в цепи базы направлен навстречу базовому току рекомбинации Iбрек и базовому току инжекции Iпинж

В цепи эмиттера ток инжекции является суммой тока коллектора Iк и тока базы Iб:

ВОПРОС 25

Полевые транзисторы иначе называют канальными или униполярными.

Главное достоинство полевых транзисторов – высокое входное сопротивление, которое может быть таким же как и у электронных ламп. Пластинка из полупроводника, например n-типа, имеет на концах электроды, с помощью которых она включена в управляющую цепь усилительного каскада. Вдоль этой пластины проходит ток основных носителей – электронов. Управляющая цепь транзистора образована с помощью третьего электрода, представляющего собой область с другим типом электропроводности. При изменении входного напряжения изменяется обратное напряжение на p-n переходе и от этого изменяется толщина объединенного слоя (штриховые линии на рисунке). Соответственно этому меняется область поперечного сечения области, сквозь которую проходит поток основных носителей заряда. Эта область называется каналом.

Рис 49

Основной параметр транзистора – это крутизна S:

1) ; Uси = const

2) внутреннее (выходное) сопротивление: ; Uзи = const

Полевые транзисторы с изолированным затвором

В этих транзисторах металлический затвор отделен от полупроводникового канала тонким слоем диэлектрика. Иначе эти называют МДП (Металл-Диэлектрик-Полупроводник) или МОП (Металл-Окислитель-Полупроводник).

Основанием служит кремниевая пластина с электропроводностью p-типа. В ней созданы 2 области с электропроводностью n-типа (с повышенной проводимостью). Эти области являются истоком и стоком, от них сделаны выводы. Между истоком и стоком имеется тонкий приповерхностный канал с электропроводностью n-типа. Длина канала от истока до стока обычно единицы мкМетра, а его ширина – сотни мкм в зависимости от рабочего тока транзистора. Толщина диэлектрического слоя диоксида кремния SiO2 – 0,2 мкм. Сверху диэлектрического слоя расположен затвор в виде тонкой металлической пленки.

Прибор с тонким каналом называют транзистором с собственным каналом и он работает следующим образом: если при нулевом напряжении приложить между стоком и истоком напряжение, то через канал потечет ток. При подаче ток через кристалл не пойдет, так как один из p-n переходов находится под обратным напряжением. При подаче на затвор напряжения, отрицательного относительно истока, а следовательно и кристалла, в канале создается поперечное электрическое поле, под влиянием которого электроны проводимости выталкиваются из канала в области истока и стока, в кристалле канала обедняется электронами, сопротивление его увеличивается, а ток стока уменьшается. Чем больше отрицательное напряжение затвора, тем больше ток стока. Такой режим называется режимом обеднения. Если на канал или затвор подать положительное напряжение, то под действием поля, созданного этим напряжением, из областей истока, стока и кристалла будут проходить электроны. Проводимость канала при этом увеличивается и ток стока возрастает. Этот режим называют режимом обогащения.