М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Имеется большой выбор мощных полевых транзисторов с допустимой рассеиваемой мощностью от 1 Вт до более чем 100 Вт. Их часто называют МОП- транзисторами с Ч-образной канавкой (Ч-МОБ) и НЕХГЕТ-транзисторами; эти названия указывают на их внутреннюю структуру. 5. 17. 5 Мощные усилители в интегральном исполнении При практическом решении задачи усиления с мощностью на выходе до 50 Вт или около того самым эффективным с точки зрения затрат обычно является применение интегральных микросхем. Тесная электрическая и тепловая связь межлу компонентами дает, как правило, желаемые результаты.
Наиболее подходящий тип микросхемы можно найти, обратившись к каталогам и справочникам, где представлен широкий спектр от дающей 650 мВт микросхемы типа ЕМ386 в корпусе с 8 выводами в два ряда (Р1 ) до микросхемы типа ТОА2050 в корпусе ТО220, способной отдавать 50 Вт мощности, если она смонтирована на радиаюре. Характеристики полуироводниковых ириборов б.1 Введение Мы рассмотрели принцип действия некоторых электронных схем и изучили их достаточно детально, чтобы понимать значение большинства компонентов в практических схемах. Хотя мы можем теперь гарантировать, что наш простой усилитель на биполярном нли полевом транзисторе будет работать на практике (то есть мы знаем, как установить правильный режим по постоянному току), пока еше в нашем рассмотрении имеются пробелы. Например, мы не знаем, как рассчитать коэффициент усиления напряжения в схеме усилителя с общим эмитгером или с общим истоком.
Хотя обычно для достижения определенного значения коэффициента усиления применяется отрицательная обратная связь, нам необходимо иметь по крайней мере приблизительное представление о коэффициенте усиления без обратной связи, для того чтобы точно предсказать этот параметр для схемы с обратной связью. Поэтому, в данной главе подробно рассматриваются характеристики полупроводниковых приборов и их связь с параметрами схемы.
Сначала рассмотрен диод с р-л переходом, затем биполярный транзистор и потом полевой транзистор. б.2 Характеристики р-п перехода Основные характеристики р-и перехода качественно были обсуждены в главе 1. Рассмотрим теперь его вольт-амперную характеристику, изображенную на рис. 6.1.
Зависимость тока от напряжения определяется числом носителей тока, способных преодолеть потенциальный барьер обедненного слоя, и эта зависимость имеет вид (6.1) 1 1 ьг Характеристики р-п перехода 127 где 1— ток диода (в амперах) приложенная э.д.с. (в вольтах) заряд электрона (в кулонах) постоянная Больпмана (в джоулях/кельвин) температура перехода (в кельвинах) Рис. 6.1. Вольт-ампериаи характеристика р-и перехода. При большом отрипательном значении прикладываемой э.д.с.
Р" е1' ехр — — э О, (гТ и 1 = — 1а, откуда следует физический смысл константы 1, в (6.1): 1, является тепловым током утечки, который — при постоянной температуре и при смещении в обратном направлении — не зависит от приложенного напряжения, когда оно больше 0,1 В. Обычно 1, называют обратным током насыщения или тепловым (рис. 6.2). Если приложено смещение в прямом направлении и Р' > 0,1 В, то ехр(е Р'/)гТ)» 1, так что 1 = 1аехр( — ~1 (6. 2) ~,„Т) Мы можем подставить значения е и к и принять, что Т вЂ” комнатная температура (20 С или 293 К).
Тогда константа е /1сТ оказывается равной приблизительно 40 В ', так что связь между током и напряжением имеет вид: 1 = 1аехр(401') (б. 3) Было бы полезно получить простое выражение для прямого сопротивления диода, но поскольку его характеристика нелинейна, выражение вида 128 Характеристики нолунроводниковых нриборов Рис. 6.2 Характеристика, приведенная на рис. 6 1, вблизи начала координат в увеличенном масштабе: 1, — обратный ток насыщения. — = 40 х 1еехр(40 Г) = 401, 01 д поэтому динамическое сопротивление равно с('г' 1 (У 401 если ток 1 выражен в мА, то 25 т = — Ом.
1 (6.4) Следовательно, динамическое сопротивление диода обратно пропорционально прямому току. Прямой ток величиной 1 мА дает динамическое сопротивление около 25 Ом. В действительности, изложенная выше теория является несколько упрощенной по отношению к реальному диоду. Материал полупроводника сам по себе имеет конечное абаемное сопротивление, которое добавляется к динамическому сопротивлению р-и перехода. Кроме того, ток неосновных носителей (электронов из р-области и дырок из н-области) приводит к увеличению эффективного сопротивления диода.
Несмотря на эти дополнительные факторы, выражения (6.1) — (6.4) являются достаточно точными для большинства практических Р'/ 1, как для резистора, не подходит. Используется динамическое или ди(бференииальное сопротивление, определяемое как ор Г = —. гУ Дифференцируя в (6.3), получаем Входное сопротивление и крутизна биполярного транзистора 129 целей. В часпюсти, для перехода база-эмнтгер открытого транзистора отклонение от простой теории меньше, чем для отдельного диода: инжектированные неосновные носители затягиваюгся коллектором и удапяются из области базы.
6.3 Входное сопротивление и крутизна биполярного транзистора пн =— Уь« 'ь Мы можем найти й«из соотношения (6.2) для р-и перехода, которое можно применить к переходу база-эмиттер следующим образом: еУае 1 =1 ехр Е О (6.2а) Здесь 1 — постоянный ток эмитгера (заметим, что выражение (6.2а) можно также использовать для 1с, поскольку 1. = 1с ); 1,' — ток эмиттера, протекающий при У = О, и являющийся током утечки перехода коллектор-база (см. раздел 1.4.4); У вЂ” постоянное напряжение на переходе базаэмиттер. Мы можем определить линамическое сопротивление г перехода эмиттер-база, дифференцируя (6.2а) так же, как это делалось в случае простого диода при выводе (6.4).
Дифференцирование дает: д(н 25 (при комнатной температуре), (6.5) ь( Увь. " 1н где 1. — ток в миллиамперах. Величина г, представляет собой сопротивление перехода эмиттер-база, каким его «видно» со стороны эмитгера. Из рассмотрения входного сопротивления эмиттерного повторителя в разделе 5.12.3, мы знаем, что любое сопротивление в цепи эмитгера входит в сопротивление, измеряемое со стороны базы, с множителем (Ая + 1), поскольку ток базы меньше тока эмиттера в (и + 1) раз; следовательно, Ьи= (Ь,+ 1) г, 9 з»к. 4729. Как мы уже видели в параграфе 1.4, биполярный транзистор, по существу, является устройством, управляемым током.
Током коллектора управляет, главным образом, базовый ток, поэтому первым шагом в изучении поведения транзисторного усилителя напряжения является выяснение того, какой базовый ток создается напряжением нашего входного сигнала. Другими словами, нам нужно знать динамическое сопротивление перехода база-эмиттер, измеряемое со стороны базы.
Этот параметр обычно обозначают символом и«; если г представляет собой малое переменное напряжение на входе, а 1, — вызванный им переменный ток базы, то 130 Характеристики полупроводниковых приборов и при )гп» 1 (6.7) Рис. 6.3. Эквивалентнав схема транзисторного перехода база-змитгер, «рас- сматриваемого» со стороны базы. гга = гг г, . Поэтому, подставляя ге получим 25~я Ом, (6.6) и ~Е где ток 1 — в миллиамперах. На практике точная оценка )г„должна таске включать эффективное сопротивление г, между внешним выводом базы и рабочей областью базы внутри транзистора. Величина г, является суммой двух сопротивлений; одно из них представляет собой омическое сопротивление базы (гм, ), а другое — эквивалентное сопротивление г„., учитывающее изменение эффективной ширины базы при изменении разности потенциалов между коллектором и базой; сопротивление г,. иногда называют распределенным сопротивлением базы.
У маломощных кремниевых транзисторов значение г, обычно находится в пределах от 500 до 1000 Ом. (Это, по-видимому, опечатка: у современных транзисторов г, обычно находится в пределах от 20 до 100 Ом. — Прим. перев.) Полное выражение для па теперь имеет следующий вид: 25йй )гм + га Е где ток 7е — в миллиамперах. На рис. 6.3 приведена эквивалентная схема„соответствуюшая равенству (6.7). Если ток эмитгера равен 1 мА или меньше„то при вычислении входного сопротивления в схеме с общим змитгером сопротивлением г, обычно можно пренебречь. Найдя входное сопротивление )га, мы можем вычислить переменный ток г'„возникающий в базе при подаче на вход малого по величине переменного сигнала т„: Выходные характеристики 131 ~~Ье 'ь = еьи Этот переменный ток базы вызывает переменный коллекторный ток, равный ь, »)яь';, поэтому 1, »л,,— "".
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
