ПТ с индуц. каналом – это такие тр-ры, в начальный момент которого проводящий канал между стоком и истоком отсутствует. Такой канал образуется в результате приложения напряжения на затворе (индуцируется) (рис. 1).

рис. 1.

I_c=f (U_з), при U_c=const.

U_з=0, канал между С и И отсутствует, а значит ток стока очень маленький приблизительно равен нулю. Пусть на затворе подается отриц. напряж., тогда электроны из п-области отталкиваются от отриц. затвора, а дырки притягиваются. В результате между С и И появляется слой с электропроводностью р-типа, кот. служит каналом, а значит ток ч/з канал растет. Чем больше отриц. напряж. (-U_з), тем больше дырок притягивается к каналу, канал расширяется, I_c увеличивается. Хар-ки смещаются вверх.

Режим работы при котором канал расширяется и I_c увеличивается, наз. режимом обогащения. Т.о. в таком ПТ канал появляется только в определенных условиях, поэтому тр-р называется и индуцированным каналом.

Параметры полевого транзистора.

1. внутреннее сопротивление:

R_i = ΔU_c / ΔI_c , при U_з = const.

2. крутизна характеристики:

S = ΔI_c / ΔU_з , при U_с = const.

3. коэффициент усиления:

K = R_i·S.

4. мощность рассеивания:

P_c = I_c рт·U_c рт.

26. Полевой тр-р с изолированным затвором с встроенным каналом.

ПТ с изолир. затвором – это такие тр-ры, затвор которых изолирован от проводящего канала материалом диэлектрика или окисью кремния. Т.о. по структуре конструктивно получается, затвор – металлический слой, проводящий канал – полупроводник, изолятор – диэлектрик. По технологическому принципу изготовления различают 2 типа таких тр-ров: с индуцированным и со встроенным каналом.

ПТ со встроенным каналом – это такие тр-ры, у кот. при их изготовлении уже проводящий канал между истоком и стоком есть.

рис. 1.

В таком тр-ре канал выполняется уже в процессе изготовления.

U_з = 0, U > 0(+), U < 0(-).

U_з = 0, – между стоком и истоком уже существует канал и I_c имеет некоторое значение.

U < 0, – электроны из канала отталкиваются, а дырки притягиваются. В результате канал обедняется основными носителями - режим обеднения. Канал сужается, I_c уменьшается и хар-ки смещаются вниз.

U > 0, – дырки отталкиваются от канала, а электроны притягиваются. Канал обогащается основными носителями. Он расширяется и I_c увеличивается, характеристики смещаются вверх.

Параметры полевого транзистора.

1. внутреннее сопротивление:

R_i = ΔU_c / ΔI_c , при U_з = const.

2. крутизна характеристики:

S = ΔI_c / ΔU_з , при U_с = const.

3. коэффициент усиления:

K = R_i·S.

4. мощность рассеивания:

P_c = I_c рт·U_c рт.

27. Триод.

Триодом (Т) называют трехэлектродный электровакуумный прибор, имеющий катод, анод и сетку. Сетка – это электрод, кот. обычно выполнен в виде проволочной спирали и располагается в непосредственной близости от поверхности катода. Основное назначение С воздействовать на значение объемного заряда у катода и управлять электронным потоком, поэтому ее часто называют управляющей. На С относительно катода может подаваться как положит. так и отриц. потенциал. В качестве общего электрода, в триоде может выступать катод, сетка или анод. В соответствии с этим и схемы включения Т называются схемой с заземленным (общим) катодом, сеткой или анодом.

+U_c, электроны ускоряются и дойдут быстрее до анода. Ток анода растет.

-U_c, электроны тормозятся, не все дойдут до анода. Ток анода уменьшается.

Триоды можно применять как мощные усилители и генераторы в передающих устройствах, энергетических и электротехнических промышленных установках.

30. Кинескопы.

Кинескоп – это электронно-лучевая телевизионная трубка, предназначенная для приема изображений. Электронный прожектор, используемый в кинескопах строится по 3^х-линзовой схеме. Первый анод имеет больше диаметр, чем рядом расположенные, ускоряющий электрод и второй анод. Благодаря такой конструкции ток первого анода близок к нулю, что не изменяет фокусировку электронного луча при регулировании напряжения на модуляторе.

Для покрытия экранов в кинескопах обычно используют механическую смесь желтого и голубого люминофоров. Баллон (колба) кинескопа – весьма ответственная часть конструкции, определяющая, многие эксплуатационные характеристики трубки. Давление воздуха на экран очень велико, поэтому для обеспечения высокой механической прочности в целях безопасности экран выполняют из стекла толщиной до 10 мм.

Для подачи высокого напряжения на второй анод прожектора внутреннюю поверхность колбы покрывают аквадагом (проводящим графитовым слоем). Наружная поверхность трубок в широкой части часто тоже покрывают аквадагом. Внутреннее и внешнее покрытие электрически изолированы друг от друга, и образуют конденсатор фильтра высоковольтного выпрямителя.

28. Электронн. лампы. Тетрод. Принцип действия. Основные характеристики и параметры. Применение.

Многоэлектродные лампы (МЛ) – это электронные лампы с общим электронным потоком, содержащие анод, катод и сетки. К МЛ относят тетроды, в том числе и лучевые, пентоды, частотопреобразовательные лампы и лампы специального назначения.

рис. 1.

В тетроде на характеристике имеется завал, который называется динатронным эффектом (ДЭ). ДЭ возникает при U_a < U_c2. Он обусловлен потоком вторичных электронов с анода на экранирующую сетку, в результате чего анодный ток тетрода уменьшается, а ток экранирующей сетки увеличивается. ДЭ приводит к качественному изменению характеристик I_a = f (U_a) и I_c2 = φ (U_a) тетрода.

Дальше, когда U_a становится больше U_c2, то вторичные электроны остаются на аноде и характеристика выпрямляется.

Тетрод применяется для усиления электрических сигналов. Сетка С2 уменьшает проходную емкость, значит можно использовать лампу на более высоких частотах.

Параметры многоэлектродных ламп.

1. крутизна анодно-сеточной характеристики отражает зависимость анодного тока тетрода или пентода от напряжения U_c1, при условии постоянства всех остальных напряжений

S = dI_a / dU_c1, (U_c2, U_a = const)

(для пентода так же U_c3 = const).

2. дифференциальное (внутреннее) сопротивление. При его определении должны поддерживаться постоянными напряжения на управляющей и экранирующей сетках:

R_i = dU_a / dI_a, (U_c1, U_c2 = const)

(для пентода так же U_c3 = const).

3. статический коэффициент усиления характеризует относительное влияние напряжении U_c1 и U_a на анодный ток

μ = dU_a / dU_c1, (I_a, U_c2 = const)

(для пентода так же U_c3 = const).

29. Электронные лампы Пентод. Принцип действия Основные характеристики и параметры. Применение.

Многоэлектродные лампы (МЛ) – это электронные лампы с общим электронным потоком, содержащие анод, катод и сетки. К МЛ относят тетроды, в том числе и лучевые, пентоды, частотопреобразовательные лампы и лампы специального назначения.

Динатронный эффект можно устранить созданием тормозящего поля для вторичных электронов с анода с помощью сетки С3, вводимой в пространство А – С2, которая называется защитной. На сетку С3 подаем отрицательное напряжение. Назначение анода, катода, С1 и С2 то же самое, что и в других лампах. Вторичные электроны, которые выходят из анода не дойдут до С2, возвращаются обратно на анод, т.к. отталкиваются от отрицательно заряженной сетки С3. В результате этого динатронный эффект исчезает.

рис. 1.

В таких лампах проходная емкость еще меньше и они применяются на более высоких частотах.

Параметры многоэлектродных ламп.

1. крутизна анодно-сеточной характеристики отражает зависимость анодного тока тетрода или пентода от напряжения U_c1, при условии постоянства всех остальных напряжений

S = dI_a / dU_c1, (U_c2, U_a = const)

(для пентода так же U_c3 = const).

2. дифференциальное (внутреннее) сопротивление. При его определении должны поддерживаться постоянными напряжения на управляющей и экранирующей сетках:

R_i = dU_a / dI_a, (U_c1, U_c2 = const)

(для пентода так же U_c3 = const).

3. статический коэффициент усиления характеризует относительное влияние напряжении U_c1 и U_a на анодный ток

μ = dU_a / dU_c1, (I_a, U_c2 = const)

(для пентода так же U_c3 = const).

31. Гибридные микросхемы. Принцип построения. Технологические приемы реализации. Применение.

Гибридная микросхема (ГМ) выполняется на диэлектрической пластинке (керамика, органическое стекло, текстолит). Элементы выполняются по пленочной и полупроводниковой технологии, поэтому такие микросхемы называются гибридными. Активные элементы (диоды, транзисторы) выполняются по обыкновенной полупроводниковой технологии, при помощи таких процессов, как диффузия, фотолитография, окисление. Эти элементы разрезаются отдельно, покрываются лаком, и присоединяются к остальной части схемы при помощи сварных соединений. Пассивные элементы (R, L, C) выполняются в виде тонких пленок из вольфрама, тантала, сплава МЛТ. Обкладки конденсаторов выполняются из таких же материалов, а диэлектрическая прокладка наносится ч/з трафарет из диэлектрической пасты. Такой метод нанесения элементов в виде тонких пленок ч/з трафарет, называется пленочной технологией.

Достоинства ГМ:

1. возможность выбора элемента с разными параметрами.

2. хорошая электроизоляция элемента.

Недостатки:

1. большие размеры, вес, стоимость.

2. больше сварных соединений, а значит меньше надежность.

3. меньше степень интеграции.

43. Компараторы.

Компаратор (К) – устройство, предназначенное для сравнения двух напряжений. На выходе К устанавливается U, соответствующее логической единице: u_вых = U¹, если напряжение неинвертирующего входа u⁺_вх больше напряжения инвертирующего входа u^-_вх. В противоположном случае, когда u^-_вх > u⁺_вх, на выходе устанавливается напряжение соотв. логическому нулю: u_вых = U⁰.

В качестве К можно использовать операционный усилитель. Однако уровни выходного U ОУ определяются напряжениями питания и не соответствуют уровням логических сигналов цифровых интегральных схем.

Как и в ОУ, в К входной каскад – дифференциальный. Для повышения чувствительности за диф. каскадом следует каскад усиления напряжения. Выходной каскад К отличается от соотв. каскада ОУ и представляет собой электронный ключ.

Вход. показатели компаратора:

R_вх, входной ток сдвига I_вх сд = Δi_вх = j⁺ - j^-, напряжение смещения Е_см, дифф. коэфф усиления К_д, полоса пропускания – аналогичны соотв. параметрам ОУ.

Выходные показатели:

Уровни сигналов U⁰, U¹, коэфф разветвления N – анлогичны показателям цифровых ИС.

Специфическим параметром К явл. зона неопределенности ΔU_н, равная разности входных напряжений, которой соотв. выходные напряжения между U¹ и U⁰:

ΔU_н = (U¹-U⁰) / K_Д.

К часто используют в качестве пороговых устройств, предназначенных для выделения сигналов, значения которых больше или меньше некоторого заданного. В таких устройствах на один вход подается сигнал, на другой – опорное напряжение – порог сравнения.

32. Интегральные микросхемы. Принцип построения. Технологические приемы реализации. Применение.

Интегральной микросхемой (ИМС) является многоэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала, и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и (или) кристаллов.

Элементом ИМС называют часть ИМС, реализующую функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки. Обычно все элементы ИМС изготавливают одновременно в ходе единого технологического цикла. Полупроводниковые ИМС выполняются на кремниевых пластинках диаметром 30 – 60 мм, при помощи таких технологических процессов как резка, шлифовка, очистка, окисление, травление, фотолитография, диффузия. На одной пластине помещаются до 1000 микросхем и одновременно технологический процесс идет на несколько десятков пластин, поэтому стоимость одной пластины небольшая.

Основная структура полупроводниковой ИМС – это транзистор. На структуре транзистора выполняются все остальные элементы схемы. Для диода используются эмиттерный или коллекторный p-n-переходы, в таком случае лишний третий вывод присоединяется к выводу базы. Такое подключение называется транзистор в диодном включении.

Конденсатор. В качестве него применяется емкость p-n-перехода.

Резистор. В качестве резистора применяется область эмиттер или база, или коллектор, для чего только от этих областей делается 2 вывода.

Изоляция между элементами выполняется при помощи обратно включенных p-n-переходов, которые образуются между подложкой микросхемы и элементом. Такой p-n-переход имеет большое сопротивление, а значит выполняется изоляция.

Достоинства ИМС:

1. высокая степень интеграции.

2. малое количество сварных соединений, а значит высокая надежность.

3. малый размер, вес.

4. низкая себестоимость.

Недостатки ИМС:

1. один из больших недостатков – трудно получить большое количество элементов с разными параметрами.

2. существуют какие-то паразитные связи между элементами.

3. такие микросхемы, как правило, маломощные.

34. Принцип построения усилительных каскадов на транзисторах.

В качестве базового узла предварительных усилителей наиболее широко применяется усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенный по схеме с ОЭ. Простейшая схема такого каскада приведена на рис. 1.

рис. 1.

Графики, поясняющие его работу на рис. 2.

рис. 2.

Для получения наименьших нелинейных искажений усиливаемого сигнала, рабочую точку А выбирают посередине рабочего участка характеристик (участок ВС на рис. 2.b). Выбранный режим обеспечивается требуемой величиной I_бА, задаваемого R_б.

При подаче на вход транзистора напряж. сигнала U_вх происходит изменение ток базы, а, следовательно, и изменение I_к, и напряжения на R_Н. Амплитуда выходного тока I_кm примерно в β_БТ раз больше амплитуды базового тока I_бm, а амплитуда коллекторного напряж. U_кm во много раз больше амплитуды U_вх:

U_кm >> U_вх.m = U_бэ.m.

Т.о каскад усиливает I и U входного сигнала, что иллюстрирует рис. 2.a и b.

Пользуясь графиками нетрудно определить основные параметры каскада:

1. входное сопротивление R_вх = U_бэm / I_бm.

2. коэффициент усиления по току H_i = I_кm / I_бm.

3. коэффициент усиления по напряжению H_u = U_кm / U_бэm.

4. коэффициент усиления по мощности H_p = H_uH_i.

Обычно каскады предварительных усилителей работают в режиме усиления слабых сигналов. Это особенность позволяет использовать аналитические методы расчета параметров каскадов по известным H-параметров транзисторов.

37. Обратная связь в усилителях. Применение обратной связи для коррекции характеристик усилителей.

Цепь, через которую часть выходного сигнала подается из выходной цепи обратно во входную цепь,.назыв. цепь обрат связи.

U_св – та часть выходного напряжения которое подается обратно.

β = U_св / U_вых – коэфф. обратной связи, который показывает какая часть выходного напряжения подается во входную цепь.

U_вх – входное напряжение без обратн. связи.

U – входное напряжение с обратной связью U = U_вх ± U_св.

Рис. 1.

Положительная обратная связь имеет место, когда U_св и U_вх совпадают по фазе, тогда U = U_вх + U_св. Усиление увеличивается, но ухудшаются все остальные свойства усилителя. Есть опасность самовозбуждения.

Отриц. обратная связь – U_св и U_вх противоположны по фазе. Тогда U = U_вх - U_св.

Усиление уменьшается, но улучшаются все остальные свойства усилителя. Поэтому в усилителе применяется ООС.

Виды обратной связи по способу подключения ко входной и выходной цепи:

Рис. 2.

1. ООС по напряжению – когда цепь обратной связи подключена параллельно нагрузке, тогда U_св прямо пропорционально U_вых (рис. 2.a)

2. ООС по току. Имеет место, когда цепь ООС подключается последовательно с нагрузкой, тогда U_св прямо пропорционально I_вых (рис. 2.b).

3. Смешанная по выходу ОС. Имеет место, когда U_св пропорционально I_вых и пропорционально U_вых (рис. 2.с).

Эти три вида ОС определяются по способу «как мы снимаем».

Рис. 3.

1. Последовательная ООС, когда цепь ОС подключена последовательно с источником сигнала (рис. 3.a).

2. Параллельная ООС, когда цепь ОС подключена параллельно источнику сигнала (рис. 3.b).

3. Смешанная по входу ООС, когда ОС пропорциональна току и напряжению источника сигнала (рис 3.с).

41. Операционные усилители.

ОУ – это схема, разработанная и впервые применяемая для выполнения разных алгебраических операций. ОУ имеют широкое применение для усиления сигнала, в схемах коррекции АЧХ, в фильтрах, генераторах.

ОУ – это усилитель с непосредственными связями, большим коэффициентом усиления, большим входным сопротивлением, дифференциальным входом, несимметричным выходом с малым выходным сопротивлением.

Рис. 1.

ОУ имеет 2 входа и 1 выход, питается от двухполярного источника питания.

Вх.1 назыв. неинвертирующим, т.к. входной и выходной сигнал совпадает по фазе.

Вх.2 – инвертирующий, т.к. выходной сигнал противоположный по фазе входному.

Параметры:

1. коэфф усиления очень большой

К = 10^з - 10⁶.

2. вых сопротивление очень маленькое R_вых ≈ 10 Ом.

3. входное сопротивление очень большое R_вх ≈ 100 кОм – 10 МОм.

4. широкая полоса пропускания f_н = 10 Гц, f_в = 10 МГц.

5. Маленькие искажения, фоны, помехи и дрейф нуля.

Рис. 2. Структурная схема ОУ.

1 каскад – дифференциальный каскад. 2 входа, 2 выхода. Обеспечивает большое R_вх ОУ, усиление сигнала, малый дрейф 0 и искажения.

2 каскад – дифференциальный. Выполняет те же функции, но имеет 2 входа и 1 выход, а значит обеспечивает переход к обыкновенному каскаду с одним входом.

3 каскад – схема сдвига уровня – эмиттерный повторитель, обеспечивающий компенсацию питающего U предыдущего каскада и усиление сигнала по току.

4 каскад – эмиттерный повторитель, обеспечивающий кроме усиления сигнала, маленькое R_вых, маленькие искажения, фоны, помехи, хорошую АЧХ.

16. Импульсный режим работы биполярного транзистора.

Работа тр-ра в качестве усилит. малых имп-ных сигн. в принципе ничем не отлич. от работы тр-ра как усилит. малых синусоид-ных сигналов. Импу-с можно представить в виде Σ ряда гармонич-ких составл-щих и, зная частотные св-ва тр-ра, определить искажения формы имп-са, кот. могут происх. при усилении. Особый реж. работы имеет место, когда рабочая точка перемещ-ся в значительной области вых. хар-тик от одного края области к другому. Тр-р может при этом работать в трех основных режимах:

1. Режим насыщения (точка А). В этом режиме тр-р полностью открыт и протекающий I равен макс. значению: I_к = E_к / R_н.

2. Режим отсечки (точка В). В этом режиме тр-р заперт и ток его близок к нулю.

3. Активный режим – режим работы, при кот. тр-р обладает активными св-вами, т.е. способен обеспечивать усил. по мощности. В этом реж. рабоч. точка лежит между точк. А и В.

Скорость перехода тр-ра из откр. сост. в закр. и обратно зависит от переходных процессов в базе, связанных с накоплением и рассасыванием неравновесных носителей зарядов. На вх. тр-ра подаётся управляющий сигнал в виде скачков напряжения, замыкающих и размык. тр-ный ключ.

Рассм. процессы, происх-щие в тр-ре, вкл. по схеме с ОБ при подаче ч/з эмит. имп-са длительностью t_имп, в прямом направл. с последующ. изменением полярности (рис. 2.а).

В исх. сост. тр-рный ключ заперт, т.е. эмит. и колл. переходы заперты, и тр-р работает в реж. отсечки. После подачи ч/з эмитт. имп-са в прямом направл., I_к появл-ся не сразу из-за конечного времени пролета инжектированных носителей до колл. перехода и наличия барьерных емкостей (рис. 1). Время, на кот. появление I_к отстает от I_э, наз. временем задержки t_зд. Процесс установления I_к характ-ся временем нарастания t_нр. Это время затрачивается на диффузионное перемещ-е ч/з базу инжектированных в неё носителей. t_зд относительно мало и при приближенных расчетах им пренебрегают.

При I_э>0 с увеличением I_э быстро возрастает и I_к – это акт. реж. работы тр-ра. Наконец, когда рабоч. точка на нагрузочной хар-ке достигает точки перегиба статических вых. хар-тик, дальнейшее увеличение I_э не вызывает роста I_к, тр-ный ключ полностью открылся и тр-р работает в режиме насыщения.

рис.2.

Ч/з интервал времени, равный t_имп меняется полярность U, подаваемого на эмиттер. При этом тр-р в течение некоторого времени t_рас (время рассасывания) продолжает находиться в режиме насыщения.

Рассасыв. заряда происходит вследствие ухода дырок из базы ч/з колл. и эмитт. переходы. До тех пор пока в процессе рассасывания концентрации неосновных носителей около р-n-переходов не достигнут нуля, обратные токи через соответствующие р-n-переходы будут оставаться постоянными, т.е. токи I_э и I_к будут неизменными, пока тр-р наход-ся в реж. насыщ. В момент времени t_рас избыточная концентрация неосновных носителей в базе около колл. р-n-перехода достигает нуля. С этого момента I_к и I_э будут уменьшаться. Время рассас. t_рас определяется как интервал времени с момента выкл. вх. имп-са и связанного с этим изменением направл. I_б до момента, когда концентрация дырок у колл. перехода уменьшится до нуля. Величина его зависит от конструкции эмиттера, величины его I и длит-сти имп-са t_имп. Для уменьшения t_рас на вх. цепи в момент окончания действия имп-са создают I обратного направления I_э2, что ускоряет рассас. дырок в базе. По истечении времени t_рас, рабочая точка тр-ра переходит на границу активной области и нач-ся спад вых-го I. Длительность спада t_сп опред-ся как время, в течение которого ток уменьшается от 0,9 до 0,1 тока насыщения.

18. h-параметры биполярного транзистора.

В настоящ. время, гл. образом при расч. на НЧ применяются h-параметры. Однако значения этих парам. в справочниках приводятся для типового режима. Для опред. h-пар. в нетиповом реж. пользуются хар-ками. Мы рассм., как опр-ются h-парам. по хар-кам.