Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка - страница 5

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 

Із системи рівнянь (2.12) можна знайти повні диференціали функцій

(2.12)

и та i2:

di2

ди1       дщ ,

-di1 +--du2

ді1 ди2

ді2 , дІ2 di1 +--

. (2.13)

duЯкщо замінити диференціали функцій незначними приростами амплі­тудних значень струмів (di = Dl) та напруг (du = DU) і ввести нові позначення для частинних похідних, то система рівнянь (2.13) матиме вигляд:

і      1      11    1     12     2. 214)

[Л/2 = А21Л/1 + h22 AU 2

Значення коефіцієнтів h знаходять при створенні режимів холостого ходу (Х.Х.) на вході чотириполюсника і короткого замикання (К.З.) на виході за змінною складовою струму.

Із режиму Х.Х. на вході, коли Ії = 0, ЛІі = 0, можуть бути визна­чені:

h12 =——-\і1 = 0 - коефіцієнт зворотного зв'язку за напругою; AU2

л     л/ч . . .

h22 =-\11 =0 - вихідна провідність транзистора.

Л—2

Із режиму К.З. на виході, коли U 2 = 0, можна визначити: Л—і

2   0 - вхідний опір транзистора;

^21

ЛІ 2

ЛІі

—2   0 - коефіцієнт передачі за струмом.

Система рівнянь (2.14) називається системою h-параметрів. Зна­чення h-параметрів наводяться у довідникових матеріалах на транзис­тори. Залежно від схеми вмикання транзистора h-параметри мають різні значення. Тому вони позначаються відповідною літерою в індексі (наприклад, для схеми з СЕ - h11E, з СБ - hUE, з СК - h11K і т.п.).

Перевагою системи h-параметрів є порівняна простота безпосеред­нього вимірювання значень коефіцієнтів h (для отримання їх експери­ментальних значень).

Так, режим Х.Х. на вході транзистора (за змінним струмом) здійснюється вмиканням у вхідне коло транзистора дроселя з вели­кою індуктивністю (wL®¥), а режим К.З. - шляхом вмикання пара­лельно вихідному колу транзистора конденсатора великої ємності (1/w С® 0).

Ui

Схема заміщення тран­зистора за h-параметрами зображена на рис. 2.18.

При розрахунках також використовується фізична Т-подібна модель тран­зистора.

На рис. 2.19 зображена така модель для схеми з СЕ.

Тут прийняті наступні по­значення:

r - об'ємний опір бази транзистора;

т„ - прямий опір емітер- І U1

hii

AU2h12

Ф ® п<*

h21AI1

Рис. 2.18 - Схема заміщення транзистора за ^параметрами

ІБ

ГБ

-CD

ГК(Е)

■CD-

дыр

«Г

ІК

ного переходу;

гк(Е) - зворотний опір ко­лекторного переходу;

b - коефіцієнт передачі     Рис. 2.19 - Г-подібна схема заміщення за струмом. транзистора

Існує зв'язок між фізичними та h-параметрами. Так, для схеми з СЕ маємо

hll E

r,

(2.15)

rK (E) 1

h

(P +1);

ГК ( E)

= гБ + rE (p +1); hiiE «P. (2.18)

(2.16)

(2.17)

При розрахунках пристроїв на біполярних транзисторах h-парамет-ри використовуються як основні.

2.4.4. Основні режими роботи біполярного транзистора

Незалежно від схеми вмикання біполярного транзистора він може працювати у трьох основних режимах, що визначаються полярністю напруги на емітерному UE та колекторному U переходах:

І режим відтинання (UE< 0, UK< 0);

активний режим (UE > 0, UK < 0);

режим насичення (UE > 0, UK > 0).

У режимі насичення, який настає при великому відпірному вхідно­му сигналі, колекторний та емітерний переходи зміщені у прямому напрямку, транзистор повністю відкритий і його струм Іт р = Uз / R„, тобто залежить тільки від опору навантаження RH та зовнішньої напруги U3 (вихідний опір транзистора знижується до дуже малої величини).

У режимі відтинання, що настає з поданням до вхідного кола тран­зистора сигналу, який забезпечує повне запирання приладу, обидва пере­ходи зміщені у зворотному напрямку (закритий стан транзистора). При цьому у вихідному колі протікає струм, що є зворотним струмом емі-терного та колекторного переходів, а опір транзистора високий.

Активний режим є проміжним. У ньому емітерний перехід зміще­ний у прямому напрямку, а колекторний - у зворотному. Транзистор у цьому режимі працює як підсилювач сигналу: змінам вхідного сигналу тут відповідають пропорційні зміни вихідного.

Режим роботи, у якому транзистор тривалий час знаходиться в режи­мах відтинання або насичення, називається ключовим режимом.

Розглянемо наведені вище режими роботи транзистора на прикладі його вмикання за схемою з СЕ, зображеною на рис. 2.20. Тут:

■; (2.19)

+

І

Q

VT1

Ек

= иБ-цБЕ

Re

Ік =$ІБ; (2.20)

"1

EK-IKRK, (2.21)

Uke

Рис. 2.20 - Схема вмикання транзистора з СЕ

де ЯБ, RK - базове та колекторне на­вантаження, UKE - напруга між колек­тором та емітером, EK - е.д.с. джере­ла живлення.

Рівняння (2.21) характеризує зв'язок вихідної напруги з вхідним струмом і називається динамічною вихідною характеристикою транзистора або лінією навантаження.

A3

На сім'ї вихідних статичних характеристик побудуємо лінію наван­таження, як показано на рис. 2.21. Для цього розглянемо режими холос­того ходу (Х.Х.) та короткого замикання (К.З.).

Для режиму Х.Х.: якщо Ік = 0, то UKE = Ек . Для режиму К.З.:

Ек_ Rk

якщо U

= 0, то Ік=

Точки перетину лінії наван­таження з будь-якою ВАХ на­зиваються робочими точка­ми і відповідають певним зна­ченням вихідного струму та вихідної напруги. Якщо, на-

Ц

ІК max-

Ек

І0К

зона насичення

активний режим

в2

Іб1 Ів = 0

К0

приклад, ІБ = І0Б, то цьому відповідає точка Р, для якої

Uok

зона відтинання

U

0K7 ві

= І,

Ек} Uke

Uke max

Рис. 2.21 - Вихідна динамічна характеристика транзистора Коли робоча точка лежить у межах відрізка аб, транзистор працює у активному (підсилювальному) режимі, де змінам вхідного сигналу відповідають пропорційні зміни вихідного.

Якщо робочу точку намагатися задати нижче точки б, транзистор переходить до режиму відтинанння, якому відповідає власне точка б (транзистор тут відтинає протікання струму у силовому колі).

Якщо ж робочу точку задавати вище точки а - транзистор знахо­диться у режимі насичення, якому і відповідає точка а.

Взагалі режимом насичення називають такий режим, коли подаль­шому збільшенню вхідної дії не відповідає збільшення вихідної реакції, що досягла деякого значення.

У режимі насичення через транзистор протікає струм

1КН

Rk'

(2.22)

Для того щоб транзистор увійшов до режиму насичення, необхідно

забезпечити струм бази не менший за I бн 1 кн

Ступінь насичення характеризується коефіцієнтом насичення

І

АА

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

S = -f- >1, (тому що тут І>ІШ). (2.23) У активному режимі S < 1.

Гідравлічною моделлю транзистора може слугувати звичайний водопровідний кран. Якщо він закритий, то відтинає споживача від ме­режі і знаходиться під дією її тиску. У цьому стані через нього може протікати лише незначний струмінь рідини, що є показником якості крану. Незначне зусилля (керуючий сигнал) на ручку крану (на елемент керу­вання) відкриває його і потужність струменю рідини, що тече тепер до споживача, стає пропорційною ступеню відкриття - значенню вхідної дії. Якщо кран відкрити повністю, то, незалежно від подальшої відкри­ваючої дії на його елемент керування, через нього буде протікати не­змінний струмінь рідини, зумовлений тиском мережі. Цей струмінь дещо менший за той, що протікав би з труби без крана, за рахунок деякого падіння тиску на останньому, бо кран створює опір протіканню рідини.

До основних параметрів біполярних транзисторів належать:

- максимально допустимий струм колектора 7^. , що, в основно­му, визначається перетином виводів від кристалу НП, становить (0,01 ,100) А;

- допустима робоча напруга U , що визначається напругою лавин­ного пробою колекторного переходу, становить (20 , 1000) В;

- коефіцієнт передачі струму b, становить від одиниць до сотень;

- допустима потужність на колекторі PR=IKUKE (якщо PR< 0,3 Вт, то маємо транзистор малої потужності, якщо P = 0,3 ,1,5 Вт - середньої потужності, якщо P >1,5 Вт - великої потужності), за її перевищення кристал розплавиться.

2.4.5. Складені транзистори

Для значного підвищення коефіцієнта підсилення за струмом застосо­вують комбінації з двох і більше транзисторів, з'єднаних так, що у цілому конструкція, як і одиночний транзистор, має три зовнішніх виводи і нази­вається складеним транзистором.

Схема складеного транзистора, виконаного на транзисторах одного типу провідності, наведена на рис. 2.22,а. її ще називають схемою Дар-лінгтона.

А5

к

Q

КТ829

р > 750

Бо-

VT2

VT1

R1

Е

R2

VT2

Ж

VD

10 кОм   60кОм 6

а) б) Рис. 2.22 - Складений транзистор за схемою Дарлінгтона Тут вхідний струм є струмом бази першого транзистора. Після підси­лення останнім у b1 разів він подається у базу другого транзистора, яким підсилюється ще в b2 разів. У результаті загальний коефіцієнт підсилення за струмом становить

b = b1b2.

Таку схему широко застосовують як у дискретному виконанні, так і в інтегральному. На рис. 2.22,б, наприклад, наведено еквівалентну схе­му потужного транзистора КТ829, що має b > 750.

Тут резистори R1 і R2 забезпечують відведення від бази зворотного струму колекторних переходів, а діод VD захищає структуру від дії зворотної напруги.

Схема складеного транзистора, ви­конаного на транзисторах різного типу провідності - схема Шиклаї, наве­дена на рис. 2.23. її особливістю є те, що тип провідності конструкції в ціло­му визначається типом провідності першого транзистора. Так, у даному разі ми маємо еквівалент транзисто­ра п-р-п типу (незважаючи на те, що на виході встановлено транзистор VT2 р-п-р типу - його емітер є колекто­ром, а колектор - емітером складе­ного транзистора).

К

Бо

VT2

Е

Рис. 2.23 - Складений транзистор за схемою Шиклаї

Б

2.4.6. Одноперехідний транзистор

Одноперехідний транзистор або двобазовий діод - це НП при­лад з одним p-n переходом. Його схематична конструкція і ВАХ наве­дені на рис. 2.24.

а) б) Рис. 2.24 - Одноперехідний транзистор: а) конструкція; б) вхідна ВАХ Шар />-типу має назву емітера, а зони монокристала по обидва боки емітера, що мають електронну провідність, називаються базами. Зазви­чай, довжина нижньої бази Б2 набагато менша, ніж довжина верхньої бази Бг Якщо до контактів базових зон підімкнути зовнішню напругу із зазначеною на рис. 2.24 полярністю, то через обидві бази протікатиме невеликий струм - так званий струм зміщення.

Оскільки ділянка між базовими електродами має лінійний опір, то спад напруги на базових зонах пропорційний їхній довжині. Напруга на емітерному переході зумовлюється різницею потенціалів емітера та базової зони Б2. Якщо потенціал емітера не перевищує потенціалу бази Б2, то емітерний перехід зміщений у зворотному напрямку і через ньо­го протікає невеликий зворотний струм. При зміщенні емітерного пе­реходу у прямому напрямку емітерний струм зростає, і при певному його значенні І починається лавиноподібне зменшення опору бази Б2 за рахунок проникнення носіїв заряду через p-n перехід. Наслідком цього є зниження напруги емітера за одночасного зростання емітерного стру­му - ділянка негативного опору на вхідній ВАХ (тут негативним змінам напруги відповідають позитивні зміни струму). При змінах зовнішньої міжбазової напруги иББ ВАХ зсувається, не змінюючи форми, як пока­зано на рис. 2.24,б.

Наявність ділянки з негативним опором дозволяє використовувати одноперехідний транзистор у електронних ключах, генераторах, релей­них схемах і т. ін. Донедавна вони якнайширше використовувались у пристроях генерування імпульсів керування тиристорами, які ми роз­глянемо нижче.

2.5. Уніполярні (польові) транзистори

2.5.1. Загальні відомості

До класу уніполярних належать транзистори, принцип дії яких грун­тується на використанні носіїв заряду лише одного знаку (електронів або дірок). Керування струмом у силовому колі уніполярних транзис­торів здійснюється зміною під впливом електричного поля провідності каналу, через який протікає струм. Тому уніполярні транзистори ще називаються польовими (ПТ).

Розрізняють ПТ з керуючим p-n переходом (із затвором у вигляді p-n переходу) та з ізольованим затвором. Останні, в свою чергу, по­діляються на ПТ із вбудованим каналом та з індукованим каналом. ПТ з ізольованим затвором належать до різновиду МДН-транзис-торів: конструкція «метал - діелектрик - НП». Якщо як діелектрик використовують оксид кремнію: конструкція «метал - оксид - НП», ПТ називають відповідно МОН-транзистором.

Характерною рисою ПТ є великий вхідний опір (108 - 1014 Ом).

Широкого розповсюдження ПТ набули завдяки високій технологіч­ності у виробництві, стабільності характеристик і невеликій вартості за масового виробництва.

2.5.2. Польові транзистори з керуючим p-n переходом

Конструкція та принцип дії ПТ з керуючим p-n переходом пояс­нюється на моделі, наведеній на рис. 2.25.

У такого ПТ канал протікання струму являє собою шар НП, на-

приклад, n-типу, вміщений між п-п переходом

АВ

ЕЛЕКТРОНІКА І МІКРОСХЕМОТЕХНІКА

двома p-n переходами. Канал має контакти із зовнішніми електрода­ми. Електрод, від якого починають рух носії заряду (у даному разі -електрони), називається витоком B, а електрод, до якого вони руха­ються - стоком С.

НП шари />-типу, що створюють із n-шаром два p-n переходи, виконані з більш високою концентрацією основних носіїв, ніж n-шар. Обидва p-шари електрично з'єднані і мають зовнішній електрод, що називається затвором 3.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16  17  18  19  20  21  22  23  24  25  26  27  28  29  30  31  32  33  34  35  36  37  38  39  40  41  42  43  44  45  46  47  48  49  50  51  52  53  54  55  56  57  58  59  60 


Похожие статьи

Ю П Колонтаєвський - Електроніка імікросхемотехніка