14-04-2020-ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ-ПРИБОРЫ-И-УСТРОЙСТВА-ВЕЛИЧКО (1171919), страница 12

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 12)

е. наблюдаетсябольшая зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе.Смещение выходных статических характеристик вверх связано сувеличением тока эмиттера при условии постоянства напряжения наколлекторе и увеличения тока базы.При напряжении на коллекторе, равным нулю, т. е. при короткомзамыкании коллектора с эмиттером, и при наличии тока базы p-nпереход коллектора оказывается включенным в прямом направлении,так как он, по существу, включен параллельно p-n-переходу эмиттера.При IK = 0 и IБ 0 из эмиттера происходит инжекция дырок, чтообеспечивает около коллектора в базе их концентрацию,превосходящую равновесное значение. Если же концентрациянеосновных носителей заряда в базе около p-n-перехода превышаетравновесную, то это соответствует прямому включению перехода.Таким образом, транзистор работает в режиме насыщения принапряжении на коллекторе, равном нулю, и даже при небольшомзапирающем напряжении на коллекторе относительно эмиттера.Выходные характеристикиСемейство выходных статических характеристик транзистора,включенного по схеме с общим эмиттером, дано на рис.5.27.Динамика работы транзистораIк = f(Uкэ), при Uб=constСреди многочисленных вариантов усилительных каскадов натранзисторах самое широкое применение находит каскад набиполярном транзисторе, включенном по схеме ОЭ.

Принципиальнаясхема упрощенного варианта усилительного каскада ОЭ приведена нарис. 5.28. Эта схема удобна для первичного анализа.Рис.5.27. Выходные статические вольт-амперные характеристикибиполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттеромОбщий характер этих зависимостей аналогичен характеру обратнойветви ВАХ диода, так большая часть напряжения источника питаниявыходной цепи падает на p-n-переходе коллектора, включенном вобратном направлении. Однако в отличие от выходных характеристикРис.5.28.

Принципиальная схема усилительного каскада109110При отсутствии входного сигнала усилительный каскад работает врежиме покоя. При подаче на вход рассматриваемого каскадаположительной полуволны переменного входного сигнала будетвозрастать ток базы, а следовательно, и ток коллектора. В результатепадение напряжения на RK возрастет, а напряжение на коллекторетранзистора уменьшится, т.

е. произойдет формирование отрицательнойполуволны выходного напряжения. Таким образом, каскад ОЭинвертирует входной сигнал, т. е. осуществляет сдвиг фазы между Uвх иUвых на 1800.Работа каскада может объясняться и графоаналитическим способомпри использовании вольт-амперных характеристик транзистора.На линейном участке входной ВАХ транзистора (рис 5.29, а)выбирается рабочая точка покоя.

Такой режим работы усилительногокаскада называется режимом А. Он является самым распространеннымдля усилителей напряжения.На выходных ВАХ (рис.5.29, б) проводится линия нагрузкипредставляющая собой зависимость тока в цепи коллектора отнапряжения UКЭ при заданном напряжении источника питания ЕK. Этазависимость определяется из следующей формулыUкэ = Ек - IкRк.а)(5.2)На практике линию нагрузки проводят через две точки: IK = 0, UКЭ =UКЭ = 0.

Пересечение вольт-амперныххарактеристик транзистора с линией нагрузки называется рабочейточкой. Частный случай рабочей точки - рабочая точка покоя (вотсутствии переменного входного сигнала).ЕK и IK = EK/RK,б)Рис.5.29. Графоаналитический расчет режима усиления транзистора111Сравнительный анализ каскадовКаскад с общей базой112Каскад с общим эмиттеромДля схемы с ОЭ (рис.5.31) эти параметры имеют следующие значения.Для сравнительного анализа различных схем включения транзисторовв качестве основных параметров используются: коэффициент усиленияпо току KI, коэффициент усиления по напряжению K U, коэффициентусиления по мощности KP и фазовый сдвиг между выходным ивходным напряжениями.

Данные коэффициенты представляют собойотношения амплитуд (или действующих значений) выходного ивходного переменного тока, напряжения соответственно.Для схемы с ОБ (рис.5.30) эти параметры имеют следующие значения.Рис.5.31. Схема с общим эмиттеромIк  10..100,IбUk u  кэ   10..100,U бэkI Рис.5.30. Схема с общей базойI вых I к   1,I вхIэUUk u  вых  кб 10..100,U вх U эбPI Uk p вых  вых вых  k I  k u  k p .PвхI вх  U вхkI Фазовый сдвиг между Uвых и Uвх отсутствует.k p 100..1000.Фазовый сдвиг на 1800 (рис.5.32)113114kI ku Iэ Iк1Iб Iб kRэ  RбU вх  U вых  U бэIв ОЭ ,U вых U вых  U бэ  1,U вых  U бэk p  kI .Фазовый сдвиг между Uвых и Uвх отсутствует.Частотные свойства транзисторовОдним из основных факторов, определяющих пригодностьтранзистора для использования в той или иной электрической схеме,является зависимость его параметров от частоты, = f( ).Рис.5.32.

Временные диаграммы, иллюстрирующие фазовый сдвигмежду выходным и входным напряжениями в схеме с общим эмиттеромКаскад с общим коллектором (эмиттерный повторитель)Для схемы с ОК (рис.5.33) коэффициенты имеют следующиезначения.Особенно большое значение имеют зависимости усилительныхсвойств транзистора от частоты.С повышением частоты, усиление транзистора уменьшается.Объясняется это двумя основными причинами.

Во первых, на болеевысоких частотах сказывается вредное влияние барьерной емкости p-nпереходов. Во вторых, отставание по фазе переменного тока коллектораот переменного тока эмиттера. Оно вызвано инерционностью процессаперемещения носителей через базу.1. Влияние барьерной емкости переходовС барРис.5.33.

Схема с общим коллектором1  шунтирующее действие  С барU эб ,I инж     ,   . I инж  I емк Влияние данного процесса проиллюстрировано на рис.5.34.1151162. Инерционность диффузионных процессовТак как на высоких частотах период входных сигналов соизмерим свременем задержки, тоа)  T    T ~ t зад  t пролIк I   ,    I к , I б    бI к   , I эгде Т - период входных сигналов,tзад - время задержки,tпрол - время пролета носителей через базу,- фазовый сдвиг между Iк и Iэ (рис.5.35).Рис.5.35. Векторная диаграмма токовГрафически зависимость коэффициентов передачи тока от частотыпредставлена на рис.5.36.б)Рис.5.34. Влияние барьерной емкости переходов на частотные свойстватранзистораВлияние (Сбар)к >> (Сбар)э, так как rк >> rэ.117118В области больших токов преимущественное влияние оказывает цепьколлектора.Iэ -б(эффект Кирка) - tпрол - ,   Для улучшения частотных свойств (повышения ,   ) необходимо:1) б ,2) (Cбар)к ,3) (подвижность носителей заряда).Рис.5.36.

Частотная зависимость коэффициентов передачи токаСхема с общей базой является более высокочастотной, чем схема собщим эмиттером.Наличие нескольких факторов, влияющих на частотные свойства,обусловливает довольно сложную токовую зависимость предельнойчастоты (рис.5.37).Так как n > p, то транзисторы n-p-n структуры более высокоточные,чем транзисторы p-n-p структуры.Шумы в транзисторахТранзистор, как и другие полупроводниковые приборы, обладаетсобственными шумами, т. е. беспорядочными колебаниями тока инапряжения на выходе при отсутствии сигналов на входе (рис.5.38).а)Рис.5.37.

Зависимость предельной частоты от IэВ области малых токов преимущественное влияние оказывает цепьэмиттера.Iэ - rэ - rэ Cбар =-,.б)Рис.5.38. Собственные шумы в транзисторе119120Шумы - это флуктуации тока и напряжения. Основной причинойфлуктуаций является хаотическое тепловое движение носителей зарядав кристаллической решетке полупроводника. Флуктуации токовтранзистора настолько малы, что могут быть обнаружены лишь приочень большом усилении. Частотный спектр шумов превышаетдиапазон рабочих частот прибора.

Шумы ограничивают нижний пределусиливаемых сигналов.3. Поверхностные шумы (избыточные, flicker - шумы) обусловленыфлуктуациями поверхностной рекомбинации и токов утечки.1) Наличие дефектов, примесей, загрязнений приводит к появлению вповерхностном слое полупроводника генерационно-рекомбинационныхцентров (ловушек).Заполнение ловушек варьируется, что приводит к изменениюпроводимости полупроводника и следовательно к появлению шумов.2) Наличие проводящей пленки, шунтирующей переход (рис.5.39),обусловлена различного рода загрязнениями.Основным параметром, характеризующим шумы в транзисторах,является коэффициент шума. Pсиг def Pш  вхk ш  10  lg, Pсиг P ш  вых(5.3)где кш - коэффициент шума,Pсиг - мощность полезного сигнала,Pш - мощность шума.Коэффициент шума показывает во сколько раз уменьшаетсясоотношение сигнал/шум на выходе прибора по сравнению со входомиз-за собственных шумов.Существуют различные виды шумов.1.Тепловые шумы обусловлены хаотическим тепловым движениемсвободных носителей заряда в полупроводнике, что сопровождаетсяфлуктуациями тока.

Скорости теплового хаотического движенияносителей заряда обычно значительно превышают скорости дрейфаэтих носителей в электрическом поле. Поэтому интенсивность тепловыхшумов не зависит ни от приложенного напряжения, ни от тока, ни отчастоты (а только от полосы частот, в которой происходит измерениешумов).2.Дробовые шумы обусловлены флуктуациями инжекции и экстракциив переходах.Энергии, скорости и моменты начала движения носителей зарядаварьируются, что приводит к изменению числа носителейпреодолевших потенциальный барьер за определенный интервалвремени, а следовательно к появлению шумов.Рис.5.39.

Характеристики

Список файлов учебной работы