Лекция (855794), страница 3

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

Текст из файла (страница 3)

Таким образом, путем введения примеси в монокристалл,образуется трехслойная структура p-n-p, илиn-p-n(рис.1.7,а,в).Схематическое изображение транзисторов p-n-p и n-p-n показано нарис.1.7,б,г). Стрелка показывает направление тока в транзисторах.Внешние слои играют роль эмитера Э и коллектора К. Средний слойназывается базой Б.ЭpnpКЭnБа)npКБб)в)г)1.7Связь токов в транзисторе подчиняется соотношению: IЭ= IК + IБ.Связь между эмиттерным и коллекторным токомосуществляется через коэффициент передачи . Следует различатькоэффициентпередачимеждупостояннымисоставляющимиколлекторного и эмиттерного тока п и изменяющимися составляющими,который будем обозначать без индекса ().Iп  К .IЭОчевидно, что <1 (п=0,90,99).12Коэффициент передачи по переменной составляющей:I КI ЭХарактеристики и параметры биполярных транзисторовIЭIКRкeгUвхUвыхRк+-EБЭа)+-EкIБUвых-IБeгEэбIКIК+Uвхб)UвхEкRэeг-UвыхEк+EБЭ+в)Рис.1.8+Различают трисхемы включения транзистора в зависимости от того,какой электрод транзистора является общим по отношению к входному ивыходному сигналу по переменной составляющей.Так для схемы рис.1.8,а общей точкой между входным изменяемымсигналом Uвх и выходным сигналом Uвых является база транзистора.Поэтому такая схема включения транзистора называется схемой с общейбазой (ОБ).Аналогично схемы включения транзисторов рис.1.8,б и рис.1.8,вназываются соответственно схемами включения с общим эмиттером (ОЭ)и с общим коллектором (ОК).При определении схемы включения транзистора следует учитыватьследующие обстоятельства.

Необходимый режим работы транзистора попостоянному току обеспечивается внешними источниками EБ и EК, укоторых внутреннее сопротивление, как источников ЭДС, равно нулю.При протекании изменяющейся во времени составляющей тока через этиисточники не будет создаваться падение напряжения на их внутреннихсопротивлениях. Поэтому при определении схемы включения транзисторанеобходимо мысленно закоротить все источники постоянного напряжения.При любом способе включения транзистора имеются два контурапротекания тока: входного и выходного. Поэтому различают два типавольт-амперных характеристик транзистора: Входные характеристики Iвх= f(Uвх). Выходные характеристики Iвых= f(Uвых).Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.13Характеристики транзистора, включенные по схеме с общимэмиттеромНаиболее распространенным способом включения биполярноготранзистора является включение транзистора по схеме с общим эмиттером.IБIКIБ5PК допIКt0а)-UБЭ0б)IБ4IБ3IБ2> IБ1IБ1IБ=0-UКЭРис.1.9Семейство входных характеристик p-n-p транзисторов, включенных посхеме с ОЭ (рис.1.8,б), приведено на рис.1.9,а.

Входным током являетсяток базы, а входным напряжением -UБЭ. Также, как и для схемывключения транзистора с ОБ входной характеристикой транзистораявляется вольт-амперная характеристика p-n перехода.Выходная характеристика транзистора, включенного по схеме с ОЭ IК=f(-UКЭ) (при IБ=const) показана на рис.1.9,б.Выразим выходной ток транзистора IК через его входной ток IБ,используя соотношение (22) с учетом, что IЭ= IК+ IБ.I К   п I Э   п (I К  I Б ) .Отсюда:где:IК пI Б , или1 пп,п 1  пI К  п I Б ,Из соотношения следует, что при включении транзистора по схеме с ОЭвыходной ток IК в раз больше входного тока IБ. В свою очередь п оченьсильно зависит от п. Так, если коэффициент передачи п=0,95, то п=19;при п=0,96, то п=24.

Таким образом, при изменении  на 1% (как этоимеет место в приведенном примере)  изменяется более 26%.Промышленностью выпускаются биполярные транзисторы на большойдиапазон токов и напряжений, которые имеют следующие предельнодопустимые параметры:UКmax доп=10500 В;IКmax доп=0,0120 А;PКmax доп=0,1530 Вт;п=0,90,99; предельные частоты сотни мегагерц.14Основным недостатком биполярных транзисторов является токовоеуправление выходным током. Особенно, при больших коллекторных токах,в силу уменьшения коэффициента передачи п, требуется иметьдостаточно большие токи по цепи управления.Любой транзистор служит для регулирования тока в электрическойцепи. Рассмотрим пример.IБ> IБ.насIКEк / RКIКEвхП1IБ4Iк.насRК= RНIБIБ5= IБ.насIБ3EКIБ2= IБПП2IБ1UКЭRБIБ min IБ=0IЭ_П3Е0 UК.насIКtб)а)EкUКЭРис.1.10В схеме рис.1.10 необходимо регулировать ток в сопротивлении RНнагрузки, включенной в коллекторную цепь транзистора n-p-n.

Очевидно, чтоток iК в цепи EК- RН- UКЭ- EК равен:E  U кэ. Из выражения следует, что если ток коллектора равенIк  кRкнулю, то UКЭ= Eк. Это соответствует точке Eк, находящейся на оси абсциссвыходной характеристики транзистора (рис.1.10,б).Если UКЭ=0, то как это следует из того же выражения, Iк=Eк/Rк. Этаточка находится на оси ординат выходной характеристики транзистора.Соединив полученные две точки на осях координат, получим статическуюлинию нагрузки. Пересечение линии нагрузки с линиями выходнойхарактеристики, соответствующими различным базовым токам, определяеттоки Iк, протекающие через транзистор и нагрузку (проекция точкипересечения на ось ординат) и напряжение между коллектором иэмиттером (проекция точки пересечения на ось абсцисс).

Как следует изпостроения линии нагрузки, угол ее наклона зависит от величинысопротивления Rк .Пространство между крайними точками пересечения линии нагрузки свыходными характеристиками называют активной областью. В этой15области работают все схемы регуляторов напряжения и тока, а такжесхемы электронных усилителей.В устройствах силовой электроники транзистор всегда работает врежиме ключа: подключает нагрузку к источнику питания или отключаетее.Пересечение линии нагрузки с линиями выходной характеристики вEточке максимального коллекторного тока I кmax  к (минимальногоRкколлекторного напряжения) называется точкой насыщения транзистора(точка П1 на рис 1.10,б).Проекцию точки П1 на ось ординат называют током насыщениятранзистора Iк.Проекцию точки П1 на ось абсцисс называют напряжением насыщениятранзистора UКЭ.

нас.Линия базового тока, соответствующаяколлекторному токунасыщения транзистора называется базовый ток насыщения IБ.нас.Точка пересечения линии нагрузки с выходной характеристикойсоответствующей IБ=0 (точка П3 на рис. 10.1,б) называется точкой отсечки.Соответственно коллекторные токи и напряжения, соответствующиезапертому состоянию транзистора, называются током и напряжениемотсечки. Очевидно, что в режиме отсечки коллекторный ток транзисторасоответствует неуправляемому тепловому току IКt.Работа транзистора в режиме насыщения и отсечки используется вкачестве электронного ключа.

При подаче на базу транзисторауправляющего сигнала IБ=0, транзистор не пропускает ток (заперт) и токнагрузки равен нулю. Практически все напряжение источника питанияприложено к транзистору (UКЭ Eк). Через транзистор и нагрузку протекаетнебольшой тепловой ток.Для обеспечения режима насыщения транзистора необходимо, чтобабазовый ток транзистора был равен или больше IБ.нас.II Б.нас  К.нас .1.8.

Транзисторы полевыеПринцип работы полевых транзисторов основан на изменении(модуляции) сопротивления полупроводникового канала под действиемэлектрического поля. Различают два типа полевых транзисторов: Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом; Полевые транзисторы с изолированным затвором.Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом.16Полевой транзистор с управляющим p-n переходом состоит изтрехслойной структуры с чередующимися типами проводимости n-p-n или pn-p (рис.1.11,б). Средний слой является каналом проводимости и имеет двавывода: исток (И) и сток (С).

Канал проводимости зажат между двумя p-nпереходами. Потенциальный барьер p-n перехода представляет собой областьобедненную свободными (подвижными) носителями. Геометрическаяширина обедненного слоя (потенциального барьера) зависит от величиныпотенциального барьера. Значит, если к p-n переходу приложитьотрицательное (запирающее) напряжение, то он расширится, а каналпроводимости сузится и его сопротивление увеличится. Внешние областитрехслойной структуры (в рассматриваемом примере области p) соединенымежду собой (рис.1.11,б) и имеют внешний вывод, который называетсязатвором (З).Символическое изображение полевых транзисторов с n каналом и pканалом показаны на рис.45,г,д соответственно.ССЗn+ЗЗpnpСiсИг)pnp+_Е_ЕС_ЗЕзИа)б)И+Ид)в)Рис.1.11Электрический ток между истоком и стоком транзистора с n-каналомсоздается свободными электронами, находящимися в канале.

Приподключении внешнего источника питания E между истоком и стокомплюсом к стоку (рис.1.11,в), свободные электроны начнут двигаться отистока к стоку, образуя сквозной ток (ток стока iс). Ширина каналапроводимости, а, значит, его проводимость зависит от величиныпотенциального барьера.Если затвору сообщить отрицательный потенциал относительно стока(в случае транзистора с n-каналом), то потенциальный барьер увеличится,17его геометрический размер расширится, а канал проводимости сузится.

Вэтом случае сопротивление канала проводимости увеличится, а ток стокауменьшится. При некотором отрицательном напряжении затвор- истокширина канала проводимости настолько сузится, что ток стока становитсяравным нулю (Iс=0). Напряжение затвор исток при котором Iс=0называется напряжением затвора отсечки Uз.отс.. Ток стока при нулевомнапряжении между затвором и истоком называется током стока насыщения(Iс..нас.). Очевидно, что при приложении напряжения между стоком иистоком, потенциальный барьер между каналом проводимости и затворомбудет больше вблизи от стока, чем около стока. Это объясняется тем, чтопри протекании стокового тока потенциалы точек канала будутнеодинаковыми по его длине, возрастая по направлению стока.

Характеристики

Список файлов лекций