Teory (722476), страница 5

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

Текст из файла (страница 5)

Конструкция стабилитронов та же, что и у выпрямительных диодов; у тех и у других выбор корпуса связан с мощностью рассеяния.

Ветвь характеристики прямосмещенного стабилитрона показывает, что он способен стабилизировать напряжение и в таком состоянии, но уровень стабилизируемого напряжения гораздо меньше, чем при обратносмещенном состоянии диода.

Участок "аб"  для стабилизации напряжения: большим изменениям тока (от I_ст.мин. до I_ст.мах) соответствуют незначительные изменения напряжения ( U_ст).

Максимальный ток I_ст.мах ограничивается допустимой мощностью рассеяния_, а минимальный (I_ст.мин) соответствует началу устойчивого электрического пробоя. При меньших значениях тока стабилитрона он может служить источником шумов (используется в генераторах шумов).

В пределах "аб" сопротивление стабилитрона изменяется при изменении тока через него, а напряжение при этом остается почти постоянным. После точки "б" стабилитрон переходит в режим теплового пробоя, при этом в нем идут необратимые процессы и структура диода разрушается. В режиме теплового пробоя стабилитрон имеет участок на ВАХ с отрицательным динамическим сопротивлением.

Схема включения стабилитрона приведена в задаче (рис. 1.26). Качество стабилизации напряжения схемой стабилизатора оценивается коэффициентом стабилизации К_ст, который показывает во сколько раз относительные изменения входного напряжения больше относительных изменений напряжения на выходе

2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

2.1. Общие сведения

Биполярный транзистор представляет собой сочетание чередующихся трех областей (n-p-n или p-n-p) и двух p-n-переходов (рис. 2.1, рис. 2.2 соответственно).

Эмиттер  область, сильно легированная носителями, из этой области носители должны быть инжектированы в соседнюю область  базу.

База  область в поперечном сечении, гораздо меньшая, чем две другие и, кроме того, очень слабо легированная носителями.

Коллектор  область, куда должны быть втянуты носители из базы, впрыснутые туда из эмиттера (явление экстракции). Коллектор легируется носителями гораздо слабее, чем эмиттер.

Переход между базой и эмиттером называется эмиттерным (ЭП), а между базой и коллектором  коллекторным (КП). Каждый из переходов может быть включен либо в прямом, либо в обратном направлении, то есть переходы равноправны и режим работы транзистора будет зависеть от способа его включения. В соответствии с этим различают четыре способа включения или четыре режима работы транзистора.

Рис. 2.1. Структура и схемное изображение транзистора n-p-n-типа

Рис. 2.2. Структура и схемное изображение транзистора p-n-p-типа

2.2. Способы включения биполярного транзистора

1. Активный (или режим усиления, рис. 2.3, а)  нормальное включение, при котором на эмиттерный переход подается прямое напряжение, а на коллекторный  обратное. В активном режиме коэффициент передачи тока эмиттера . В таком режиме работают линейные усилители.

2. Инверсный (рис. 2.3, б). На эмиттерный переход подается обратное напряжение, а на коллекторный  прямое. В этом режиме коэффициент передачи тока коллектора заметно меньше коэффициента передачи тока эмиттера при нормальном включении

3. Режим насыщения (рис. 2.3, в). На обоих переходах действуют прямые напряжения, и таким образом транзистор работает в режиме двойной инжекции (в базу поступают носители и из эмиттера, и из коллектора).

4. Режим отсечки (рис. 2.3, г). На обоих переходах действуют обратные напряжения, транзистор заперт и через переходы текут лишь токи неосновных носителей.

а) б)

в) г)

Рис. 2.3. Способы включения транзистора: а  нормальное; б  инверсное; в  двойной инжекции; г  отсечки

Режимы насыщения и отсечки используются в ключевом режиме.

Наиболее распространенным является активный режим (рис. 2.3, а), когда на эмиттерный переход подается прямое, а на коллекторный  обратное напряжения. При этом через переходы текут примерно одинаковые токи, но эмиттерный ток течет через прямосмещенный переход с малым сопротивлением и под действием малого напряжения (доли вольта), а коллекторный ток  через обратносмещенный переход с большим сопротивлением и под действием большого напряжения (десятки, сотни вольт). Этот факт и создает принципиальную возможность использования транзистора в качестве усилителя электрических колебаний (преобразователя мощности). Разделение электронных усилителей на усилители напряжения, тока, мощности чисто условное и это связано с тем, что в ряде случаев основными показателями служат не входная и выходная мощности, а ток или напряжение на входе и выходе усилителя.

2.3. Схемы включения биполярных транзисторов

Существует три схемы включения биполярных транзисторов: с общей

базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Электрод, который будет общим для входной и выходной цепей усилителя, определяет название схемы включения транзистора.

В схеме включения транзистора с ОБ (рис. 2.4, а) входным током будет ток эмиттера, а выходным  ток коллектора, следовательно, усиления тока в такой схеме не происходит. Передача тока эмиттера в цепь коллектора оценивается статическим коэффициентом передачи тока эмиттера « » 

( = 0,960,99). (2.1)

а) б ) в)

Рис. 2.4. Схемы включения транзистора: а  с ОБ; б  с ОЭ; в  с ОК

Уже то, что транзистор при таком включении не дает усиления по току, является показателем низкого входного сопротивления схемы с ОБ.

Схемы включения транзистора с ОЭ и с ОК (рис. 2.4, б, в)  это схемы с базовым управлением: выходной ток следует за всеми изменениями входного базового тока. В схеме с ОЭ выходным током является ток коллектора, а в схеме с ОК  ток эмиттера. Во всех схемах включения (ОБ, ОЭ, ОК) источники постоянного напряжения обеспечивают режимы работы транзисторов по постоянному току , то есть необходимые начальные значения напряжений и токов. При отсутствии на входе источников переменного сигнала режим, в котором находится транзистор, принято называть режимом покоя, а токи и напряжения  параметрами покоя ( токи покоя, напряжения покоя).

Усилительные свойства транзистора по току в схемах с ОЭ и с ОК оцениваются с помощью интегрального коэффициента передачи тока
базы  

(2.2)

(2.3)

Таким образом, усиление по току у транзистора в схеме с ОК лучше, чем в схемах с ОБ и ОЭ.

При проектировании транзисторных усилителей преимущество отдается графоаналитическому методу расчета. Такой метод расчета осуществляется по статическим ВАХ транзистора. Для анализа статических характеристик транзистора используется математическая модель транзистора  модель Молла-Эберса, которую несложно получить, используя его физическую модель (рис. 2.5).

2.4. Физическая и математическая модели транзистора

(модель Молла-Эберса)

Биполярный транзистор  это два встречно включенных взаимодействующих электронно-дырочных p-n-перехода, на основании чего его можно представить в виде физической модели (рис. 2.5)  модели Молла-Эберса.

Рис. 2.5. Физическая модель биполярного транзистора

Модель Молла-Эберса характеризует только активную область транзистора: она представлена диодами без учета пассивных участков базы и коллектора. Кроме того, в модели хорошо просматривается принципиальная равноправность переходов, другими словами, обратимость транзистора, которая лучше всего проявляется в режиме двойной инжекции.В режиме двойной инжекции оба перехода работают одновременно в режиме инжекции и в режиме экстракции.

ВАХ эмиттерного и коллекторного прямосмещенных p-n-переходов описывается уравнениями

для эмиттерного перехода

(2.4)

для коллекторного перехода

(2.5)

где: I₁  ток, инжектируемый в базу из эмиттера; I₂  ток, инжектируемый в базу из коллектора; I_эо, I_ко  тепловые токи (именно тепловые, а не обратные токи переходов, которые в случае кремния намного превышают тепловые. На практике тепловые токи каждого перехода принято измерять, обрывая цепь второго перехода).

Из физической модели транзистора (рис. 2.5) следует:

(2.6)

(2.7)

где: _n  коэффициент передачи тока эмиттера при нормальном включении транзистора (_N= 0,960,99); _i  коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении транзистора (_i = 0,50,7); _NI₁  ток экстракции через коллекторный переход ( ток носителей, собираемых коллекторным переходом из базы, впрыснутых туда эмиттером); _iI₂  ток экстракции через эмиттерный переход (ток носителей, собираемых эмиттерным переходом из базы, впрыснутых туда коллектором), этот ток значительно меньше тока " _NI₁".

Подставляя значения токов I₁ и I₂ из (2.4) и (2.5) в (2.6) и (2.7), получаем уравнения, описывающие статические характеристики транзистора:

(2.8)

(2.9)

(2.10)

Характеристики

Список файлов реферата