Биполярные транзисторы
Транзистор − это п/п прибор, имеющий 2 электронно-дырочных перехода, образованных слоями N-P или P-N-типа. Имеет 3 или более выводов. Изготавливают на базе германия или кремния. Термин «биполярный» обусловлен наличием 2-х типов носителей зарядов: электронов и дырок. В зависимости от чередования областей различают транзисторы N-P-N и P-N-P-типа Рис.13.1, 13.2).
Рис.13.1 Структура биполярного транзистора
Рис.13.2. Условное обозначение биполярного транзистора
Центральный слой (рис.13.3) − называется базой (Б). Наружный слой, являющийся источником зарядов − эмиттер (Э), принимающий заряды − коллектор (К). Источник питания Э-Б Uвх включают в прямом направлении (переход Э-Б имеет малое сопротивление). На переход коллектор-база источник энергии Uвх включают в обратном направлении. Под действием Еэ электроны из эмиттера преодолевают N-P-переход и попадают в область базы, где частично рекомбинируют с дырками (рекомбинация − восстановление и воссоединение электрона и дырки), образуя ток базы Iб Обычно концентрация дырок в базе низкая и не все электроны рекомбинируют, большинство электронов вследствие диффузии и поля Ек преодолевают коллекторный P-N-переход, и в цепи Б-К образуется ток коллектора - Iк0
Когда IЭБ = 0, будет небольшой ток через коллекторный переход Iко. Он обусловлен движением неосновных носителей заряда: электронов из базы в коллектор, дырок из коллектора в базу. Коллектор предназначен для экстракции (изъятия) неосновных носителей заряда из базы. a = ΔIк/ ΔIэ при Uкб = сonst где a – коэффициент передачи тока. a = 0,9 − 0,995(Iб − мал, Iк ≈ Iэ, область n − тонкая, дырок мало и − Iб − мало)./ Транзисторы p-n-р-типа, работают аналогично, отличаются противоположными направлениями Eэ, Eк, Iб, Iэ, Iк.
Рис.13.3. Схема транзистора с ОБ
Рассмотренная схема - схема с ОБ. Применяется редко, так как мал a и мало дифференциальное входное сопротивление Rвх: Rвх = ΔUвх/ΔIвх = ΔUбэ/ΔIбэ Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ) − это основная схема (рис.13.4).
Рис.13.4. Схема транзистора с ОЭ
Эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей, Iэ = Iб + Iк Коэффициент усиления по току с ОЭ: = Δ Iк/ Δ Iб при Uкэ = const Так как Iб = Δ Iэ – Δ Iк, то если a = 0,995, то Ki = = Δ Iк / (Δ Iэ – Δ Iк) делим числитель и знаменатель дроби на ∆Iэ и получим, что . Достоинства: малый ток IБ, большой β, коэффициент усиления по мощности достигает нескольких тысяч. Схема с общим коллектором (ОК) (эмиттерный повторитель, так как напряжение на выходе примерно равно входному по величине и фазе) представлена на рис.13.5.
Рис.13.5. Схема транзисторов с ОК:
В этой схеме: IБ – входной ток; IЭ – выходной ток, DІЭ = DІБ – DІК Коэффициент усиления по току K I = Δ Iэ/ Δ Iб = (Δ Iб + Δ Iк)/ Δ Iб
Рис.13.6. Выходная характеристика транзистора
Используется для построения специальных каскадов, имеет большие Rвх и малое Rвых. Основные характеристики и параметры транзисторов с ОЭ : Iк(Uкэ) при Iб = const – выходные характеристики (рис.13.6); Iб(Uбэ) при Uкэ = const – входная характеристика (рис.13.7,а); Iк(Uбэ) при Uкэ = const – передаточная характеристика (рис.13.7,б).
а б Рис.13.7. Входная и передаточная характеристики: а - входная; б - передаточная
Параметры: 1) дифференциальное выходное сопротивление (определяется по выходной характеристике) Δ Uкэ /Δ Iк при IБ = const; 2) дифференциальное входное сопротивление (определяется по входной характеристике) Rвх =Δ Uбэ/Δ Iб при Uбэ = const;
3) крутизна S = Δ Iк/Δ Uбэ п=Δ Uбэ при Uкэ = const; 4) статический коэффициент усиления μ = SRвых ≈ SRк. Для расчета и анализа цепей с биполярными транзисторами используются h-параметры. Считают Iб и Uкэ независимыми переменными, a UбЭ и Iк − зависимыми, т. е, Uбэ = F1(Iб,Vкэ), Iк = F2(Iб, Uкэ),
Обычно h-параметры определяют по характеристикам: h11 = Δ Uбэ/ Δ Iб при Uкэ = const (∆Uкэ = 0) – Rвх, Ом; Безразмерный коэффициент обратной связи по напряжению: h12 = Δ Uбэ/ Δ Uкэ при Iб = const. (h12 = 0,002−0,0002 – мало, можно пренебречь). Коэффициент передачи по току, безразмерный: h21 = Δ Iк/ Δ Iб при Uкэ = const. Выходная проводимость h22 = Δ Iк/ Δ Uкэ при Iб = const. Схема замещения представлена на рис.13.8.. Существуют следующие ограничения: Pк = Iк · Uкэ ≤ Pк.max − для предотвращения перегрева коллектора; Uкэ ≤ Uкэ.mах − во избежание пробоя коллекторного перехода, Iк ≤ ≤ Iк.mах − во избежание перегрева эмиттерного перехода. Для повышения Pк.mах делают транзисторные сборки на Iк до 500 А.
Рис.13.8. Схема замещения транзистора
Биполярные транзисторы широко применяются в усилителях, генераторах, логических и импульсных устройствах. Полевые транзисторы Полевой транзистор (ПТ) − это полупроводниковый прибор с токопроводящим каналом, ток в котором управляется электрическим полем . Канал − это область в транзисторе, сопротивление которой зависит от потенциала на затворе. Электрод, из которого выходят заряды в канал, − исток; электрод, в который входят заряды из канала, − сток. Затвор служит для регулирования поперечного сечения канала и его электропроводности (в полевых транзисторах). 1. В ПТ n-типа (рис.13.9) основными носителями заряда в канале являются электроны. Затвор – это р-область. Между затвором и каналом образуются р-n-переходы. Когда между З и И приложено Uзи < 0, запирающее р-n-переходы, оно вызывает вдоль канала равномерный слой, обедненный носителями заряда. Величина Uси больше вызывает неравномерность обедненного зарядами слоя, наименьшее сечение проводящего канала − вблизи стока, сопротивление возрастает. Величина Uзи управляет сечением канала и его сопротивлением. Величина Uси управляет током через канал (рис.13.10).
а б
рис.13.9. Полевой транзистор (ПТ): а - структурная схема; б - условное обозначение
Когда Ucи + |Uзи| = Uзап, обедненные слои перекрывают канал и сопротивление канала резко возрастает (насыщение, Ic = сonst).
Рис.13.10. Схема канала ПТ
ПТ с управляющими р-n-переходами различают двух типов (рис.13.11, а, б). Схема ПТ с общим истоком представлена на рис.13.12.
аб Рис.13.11Схемы управления ПТ: а - с n-каналом; б - с р-каналом в Рис.13.12. Схема управления ПТ с общим истоком
2. Используются и ПТ с изолированным затвором, у которых между З и К есть слой диэлектрика SilО2, а р-n-переход отсутствует. Их называют МОП-транзисторами (металл, окисел, полупроводник) или МДП транзисторы (металл, диэлектрик, полупроводник). 3. ПТ с затвором Шоттки. У них потенциал на затворе изменяет толщину перехода между металлом и полупроводником и изменяется R. ПТ с изолированным затвором
с р-каналом с n-каналом
Основные характеристики рис.13.13: Ic(Ucи) при Uзи = const − выходные (стоковые) характеристики. Ic(Uзи) при Uси = const − переходная (строится по выходной).
Рис.13.13. Переходная и стоковые характеристики ПТ
Если одновременно подать напряжение Uзи < 0 и Uси > 0, то сечение канала и соответственно его сопротивление будут определятся действием суммы этих двух напряжений. Когда суммарное напряжение достигнет величины запирания, т. е. Uси + |Uзи| = Uзап, канал сомкнется, его сопротивление резко возрастет, транзистор – закроется. Зависимости тока стока Iс от напряжения Ucи при Uзи = const, определяют выходные или стоковые характеристики Ic = f(Ucи). На начальном участке, когда Ucи + |Uзи| < Uзап, ток Iс возрастает с повышением Uси; когда напряжение Ucи ≥ Uзап − Uзи рост тока прекращается (участок насыщения). Увеличение отрицательного значения Uзи (1−2−3−4 В) уменьшает величину Uси и тока Ic. Более высокое напряжение Ucи приводит к пробою р-n-перехода и выходу из строя транзистора. По выходным характеристикам можно построить переходную или стоковую характеристику Ic = f(Uзи), Ucи = const Основные параметры: крутизна (определяется по переходной характеристике) S = ΔIс/ ΔUзи при Uси = const Дифференциальное сопротивление cтока (определяется по выходной характеристике). Rс = ΔUси/ ΔIс при Uзи = const Достоинства: высокая технологичность; меньшая стоимость, чем биполярных, высокое Rвх. Применяются в усилительных каскадах с высоким Rвх, ключевых и логических схемах. Обозначение транзисторов состоит из четырех элементов: 1) буква или цифра, указывающая на полупроводниковый материал; 2) буква T для бинарных, П − для полевых; 3) трехзначная группа цифр – это тип по классификации; 4) буква разновидности транзистора. КТ 315А − кремниевый, биполярный транзистор малой мощности, высокой частоты, разновидность А. Полевые транзисторы просты в изготовлении, дешевле. Можно получить высокую плотность расположения в микросхеме (на порядок выше, чем в Б-транзисторах) имеет очень высокое Rвх = 1011−1017 Ом. Мало зависят от температуры и радиации, могут работать при t, близких к абсолютному нулю и в космосе. Однако имеют малый коэффициент усиления, работают при невысоких частотах (до нескольких мГц).
ТИРИСТОРЫ
Различают динисторы имеют два выхода, тринисторы имеют три выхода. Тиристором называют п/п прибор с тремя р-n-переходами. ВАХ имеет участок с отрицательным Rдиф. Тиристор используется для переключения. Он имеет четырехслойную структуру с тремя переходами П1, П2, П3 (три вывода). Напряжение источника подают так, чтобы П1, ПЗ – были открыты, а П2 – закрыт (рис. 13.15). Условное обозначение рис.13.14.
Рис.13.14. С управлением по аноду Рис.13.14. С управлением по катоду
Так как П1 и П3 открыты, то их сопротивления малы, а у закрытого П2 − велико. Все напряжение Uпp приложено к П2, ток Iпр − мал. При некотором Uвкл.max происходит лавинообразное увеличение числа носителей заряда в П2, П2 имеет малое сопротивление, растет Iпр, значит увеличивается RIпр, а Uпр уменьшается (0,5−1) В, происходит переключение тиристора (он открывается). ВАХ показана на рис.13.16.
Рис.13.15. Схема тринистора
Величина Iy − ток наименьшего удержания тиристора. Тиристор открыт до тех пор, пока ток через него превышает Iy (КУ 102Г – кремниевый трехэлектродный, разновидность Г).
Рис.13.16. ВАХ тиристора
Величину Uвкл можно снизить введением не основных носителей заряда тока в слой, прилегающий к П2, с помощью управляющего электрода. Во избежание пробоя необходимо, чтобы Uобр < Uобр.max. Кроме рассмотренных несимметричных тиристоров применяют симметричные, у которых обратная ветвь ВАХ совпадает с прямой (симистор). Это достигается встречно параллельным включением двух четырехслойных структур. Условное обозначение симметричного триодного тиристора. Основные параметры тиристоров следующие: 1) предельно допустимый анодный ток в открытом состоянии тиристора Iпр.max; 2) предельно допустимое обратное напряжение Uобр.max; 3) предельно допустимое прямое напряжение в закрытом состоянии тиристора Uпр.max; 4) ток удержания (в открытом состоянии) Iy. Применяются в управляемых выпрямителях и инверторах, коммутационной аппаратуре.
Популярное: Как построить свою речь (словесное оформление):
При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою... Почему двоичная система счисления так распространена?: Каждая цифра должна быть как-то представлена на физическом носителе... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (694)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |