Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей (4-е изд., 1975) (1152146), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Область полупроводника, в которой электропроводность в основном обусловлена У и) свободными электронами, называется п-областью (от слова пена!!уе — отрицательный). Она получается путем добавления к 0 германию примесей других элементов (фосфора, сурьмы, мышьяка), атомы которых имеют на один валентный электрон больше, чем атом германия. Область полупроводника, в которой электропроводность в основ- ном обусловлена дырками, называегся р-областью (от слова роэ1- 1!вге — положительный).
Она получается путем добавления к гер- манио примесей других элементов (индия, бора, алюминия или галлия), атомы которых имегот на один валентный электрон меньше, чем германий (дыркой называется незаполненная ковалентная связь атомов). Дырка может перемещаться по кристаллической решетке, причем ее перемещение равносильно перемещению поло- жительного заряда, равного по абсолютной величине заряду элект- рона.
243 Транзисторы с тремя областями электропроводности бывают двух типов: рчг-р и п-р-п. Транзистор типа р-и-р состоит из двух р-областей, отделенных друг от друга тонким слоем (порядка тысячных долеи миллиметра) п-области (рис. 9-!2пх). В триоде типа и-р-и чередование слоев обратное. Средняя область транзистора называется б а з о й (б) или о с н о в а н и е м. Одна крайняя область называется э м и ттером (э), другая — коллектором (к). ,г(стальное рассмотрение явлений в транзисторе требует привлечения современных квантовых представлений и выходит за рамки данной книги.
Ниже проводятся упрощенные пояснения. Вследствие диффузии положительные заряды (дырки) из р-области направляются в п-область, а свободные электроны движутся в обратном направлении. В результате у границ раздела палас~ей (у р-и-переходов) появляются объем- ные заряды — поло»кительпые в и-области э л и отрицательные в р-обласгях (на рис. р л р 9-12, а показаны знаками «эх» и « — »). Объемные заряды создают электрические Ьв' пах~ поля, и между р и п-областями появляются разности потенциалов или потенциальные барьеры, которые препятствуют даль- а) нейшей диффузии зарядов. В конечном Т сче~е ток через границы раздела р и и-областей прекращается.
На рис. 9-!2, б !) показано распределение потенциала, которое устанавливается вдоль транзистора, когда он не присоединен к внешней цепи. Рассмотрим, что произойдет, если к транзистору подключить два источника постоянной э. д. с. У,в и Увю как показано на рис. 9-! 3, а. Рнс. 9-!3. Напряжение !! в — прямое, оно снн- » жает потенциальный барьер между эмиттером н базой.
Напряжение !Уૠ— обратное, оно увеличивает потенциальный барьер между базой и коллектором, Получающееся распределевие потенциала показано на рис. 9-13, б. Снн.пенне потенциального барьера ь«эгиду эмиттером и базой облегчает процесс диффузии дырок из эмиттера в базу и элекгранов из базы в эмиттер. Дырки, попадающие в базу, стремясь равномерно заполнить ее объем, попадают в облает~ база — коллектор и здесь под действием электрического поля увлекаются в нал. лектор. В результате в цепи коллекюра возникает электрический ток. Он меньше тока эмиттера, так как не все дырки, попавшие в базу, переходят в коллектор. Часть дырок рекомбинирует в базе с электронами. Кроме того, ток эмиттера больше тока коллектора за счет того, что он обусловлен ве только днффузией дырок из эмиттера в базу, но и диффузией электронов из базы в эмиттер.
Зта последняя составляющая тока эмиттера идет целиком мимо коллектора. Схема включения транзистора, представленная на рис. 9-13,а, называется схемой с общей базой (так как база входит в цепь эмиттера и в цепь коллектора), Цепь эмиттера называется входной цепью, а коллектора — выходной. На рис. 9-14 представлено семейство статистических выходных характеристик одного из типов плоскостного транзистора типа р-п-р, включенного по схеме с общей базой. Выходные харантери- стихи представляют собой зависимость тока 1,. в цепи коллектора от напряжения иб„между базой и коллектором при заданном значении тока 1, эмиттера.
Значения 1, написаны около каждой кривой. В линейной части характеристики сопротивление цепи коллектора Лис„(Л(„для приращений тока в коллекторе очень велико (достигает сотен тысяч и миллионов ом). Из тех же характсристик видна почти линейная зависимость тока цепи коллектора от тока цепи эмиттера. Изменяя ток эмиттера, можно пропорционально изменять ток коллектора, причем отношение Л1„!Л1, = а, мА 1 3 3 А ко~орое называется к о э ф ф и- / циентом усиления по // а,5нА т о к у, достигает значений 0,8— 0,97.
Для плоскостных триодов / /, / Я 2 мА с гремя областями а ( 1, так как // / /,Знл -'гь тока эмиттера ответи. яется 1/ / н 1// / в базу. В других типах трапзи- 1» / / / ст оров коэффициент усиления по !1// / ич/ / Дз А току может быть больше единицы. 1я//- , м 1 ~/~ д Транзистор, включенный по схеме с общей базой, при а ( 1 д/ Д/ нс может работать как усилитель Рис. 9-14.
тока, но он может работать как усилитель напряжения и мощности, Поясним это следующими простыми рассуждениями. Пусть в цепь коллектора последовательно с источником питания включено высокоомное нагрузочное сопротпвленне Ра (одного порядка с величиной Ли„!Л/',) и пусть напряжения сигнала Ли,м подведенное с цепи эмиттера, изменило ток эмиттера на величину Л(,. Тогда почти на такую же величину изменится ток коллектора Л1„. =- аЛ(,, Изменение напряжения на нагрузочном сопротивлении будет во много раз больше изменения напряжения сигнала, так как 1с, много больше сопротивления цепи эмиттера, работающей в прямом (в проводящем) направлении. По этой же причине приращение мощности Я, Л/; будет много больше мощности сигнала Ли,в Л/,.
ди, дит /(иа — —.— ц/з+ дй д/т 9-4. Эквивалентные схемы транзисторов На рис. 9-16 показано условное обозначение транзистора типа т-п-р, включенного по схеме с общей базой (условное обозначение (риода типа и-//-и имеет то отличие, что стрелка у эмиттера делается 1 обратном направлении). На рисунке указаны положительные 1аправления для приращений токов и напряжений. Они выбраны очно такимн же, как и при рассмотрении ламповых триодов. Для бесконечно малых приращений токов и напряжений можно Г ааписатти /(пт = — — — /1/т + — Йз' .
-Мяу . дк, д1/ т д/т Если токи и напряжения изменяются во времени не слишком быстро, то значения частных производных в этих уравнениях от времени не зависят, могут рассматриваться как активные соиро. тпвления и определяться по статическим характеристикам транзистора (снятым при постоянных токах и напряжениях): г„=(ди,!дгг)ь=- и; ггг=(ди,1д1г)„=„.,; г„=-= (дика(,)ь.-. „„„б гг, =- (диг)д1,)ь =, причем «ы ~»го Поэтому цепи с транзисторами (так же как и с ламповыми триодами) невзаимиы.
При работе транзистора в линейной части харак~еристик приведенные уравнения справедливы и для конечных приращений, „с„. г--+ --ч гй, "1г гг 1 " ~ 1, г к 1 1 Рис. 9.16, Рис. 9-16. Пусть приращения токов и напряжений изменяются во времени по синусоидальному закону. Изобразив их комплексными величинами 1з„бг, !, и 1„получим следующие уравнения: [/1 г1111 + гггуг ~' г == ггА + гггг г. Эти уравнения справедливы для эквивалентной схемы транзистора, приведенной на рис.
9-16 (без емкости С„), если положить: Гк+ Гб = Г111 Гб — Ггг Гт+ Гб — — ггг1 Гк+ Гб=гы, откуда гб — — г! , 'гк — — гм — ггг1 гк — — ггг — г,г, гт — — гг1 — ггг. Уравнения (9-5) и (9-6) и эквивалентная схема (рис. 9-16) справедливы для транзистора при низких частотах переменных составляющих токов и напряжений. С ростом частоты начинает сказываться емкость С„б перехода коллектор — база; эквивалентную схему следует дополнить емкостным элементом (изображен пунктиром на рис, 9-16) Емкость р-и-перехода эмиттер — база почти нс сказываегся, так как параллельно ей включено сравнительно малое сопротивление г, и в эквивалентной схеме оиа не учитывается.
При высоких частотах параметры становятся комплексными и сопротивления гм, гьи гго г,г должны быть заменены комплексиымн сопротивлениями г.м, Лгг, Лгг и Л г. 246 Помимо рассмотренной схемы включения транзистора с общей базой применяются еще две усилительные схемы с общим эмиттером (рнс. 9-!7,а) и с общим коллектором (рис. 9-17,6). На приведенных схемах помимо транзисторов показаны источники питания входной и выходной цепей, источники напряжения 0< (поступающего г «о — гг к си' — <г а) Рис. 9-17, ,сигнала) и нагрузочные сопротивления )7,. Если проводить аналогию между полупроводниковыми и ламповыми триодами, то эмиттер ,следует считать аналогичным катоду, коллектор — аноду, а базу— <сетке. Зкв«валентная схема транзистора по рис.
9-1б применима <и для схем включения транзистора с общим эмиттером и с общим коллектором. 9-5. Простейшие электрические цепи с невзаимными элементами и их направленные графы Расчет электрических цепей с невзаимными элементамн в виде электронных ламп или полупроводниковых приборов часто выполняется матричным способом или при помощи графов. Покажем на простых примерах, как рассчитываются такие цепи указанными методами. Прежде всего рассмотрим методику построения неопределенной и определенных матриц по уравнениям, составленным для эквивалентных схем с невзаимными элементами. На рис.
9-б изображена эквивалентная схема триода, в которой в общем случае учитываются все трн емкости между сеткой, анодом и катодом (рис. 9-5). Пользуясь методом узловых потенциалов, напишем для этой схемы следующие уравнения: (1 .. + у',.) <Г. у' .<р, у',.<р. — (1',,— Я)<р,+(1'„-1-У'„„.+д„)ф,— (1'„„+Я+я,„)ф,=1,; (9-7) (1'-.
+ 5) Ф вЂ” (1'. + й'-) ф. + (1' . + г *. + о + й'.;) ф. =- 1. где У, — ток катода, причем сумма токов сетки, анода и катода в соо<ветствна с выбранными положигсльпывш направленпяхш 247 (рис. 9-!) равна нулю, т. е. У, + У, + У„=-- О; У„= — (еуС„; !'„= = (еуС~„У =" !ыСа Ф Ф О . На основании уравнений (9-7) запишем неопределенную матрицу узловых проводимостей триода: (У„+ У,к) — У„ — У,к (! са ~) (Уса+! ак+Ыаа) (! ак+8 Т Яаа) ° (9 8) — (!',к+8) — (Уса+а„) (У„+! „+8'„+8) ~, ан Сумма элементов матрицы (9-8) по любой строке и столбцу равна нулю. Эту матрицу можно представить в виде суммы двух ')(У,а+ У„) — У,а ! ск Тн =~~ ! са (Уса+! ак+Ыаа) (! ак+Яаа) ! Уск (! ак+Яаа) (~ сн ! ! ак+йсаа) любому матриц: ОО О~ 5 Π— Я'.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
