![](/user_photo/2706_HbeT2.jpg)
- •Часть 1.
- •Новосибирск
- •Ф.Э.Лаппи
- •Ч.1 Основные элементы электротехники и электроники /учебное пособие / ф.Э.Лаппи.-Новосибирск: Изд-во нгту,2012.
- •Введение
- •По всем элементам протекает один и тот же ток.
- •Ко всем элементам приложено одно и тоже напряжение.
- •Глава 1. Основные резистивные элементы электротехники и электроники .Электрические цепи с резистивными элементами.
- •Резистор с линейной вольтамперной характеристикой
- •Использование понятия резистор для анализа простых электрических цепей.
- •Анализ простых резистивных цепей с использованием законов Кирхгофа.
- •Анализ простых резистивных цепей с использованием понятия входного сопротивления.
- •Нелинейные резистивные элементы .
- •Нелинейные трехполюсные резистивные элементы .
- •Полевые транзисторы
- •Емкость
- •Индуктивность
- •1.4 Анализ схем с диодами при использовании вентильной характеристики.
- •1.6 Задачи к главе 1.
Полевые транзисторы
Полевой транзистор с р-n переходом
Полевой транзистор
имеет два существенных отличия от
биполярного, которые и определяют его
основные свойства. Во-первых, в полевом
транзисторе один основной носитель
заряда, это либо дырка, либо электрон.
Во-вторых, и это главное отличие, р-n
переход расположен вдоль движения
основного носителя заряда. На рис.1.67
показана схематически конструкция
полевого транзистора, где носителем
заряда является электрон. Область
полупроводника, где движутся электроны,
называют каналом. В данном случае это
будет полевой транзистор с каналом
n-типа. Транзистор имеет три вывода, с
помощью которых он подключается к
внешней цепи. Основной ток протекает
по n-каналу от истока к
стоку. Затвор служит для управления
величиной тока. При отсутствии приложенных
напряжений избыточные электроны
достаточно равномерно распределены в
канале. Чтобы обеспечить движение
электронов в канале, создают разность
потенциалов между истоком и стоком, с
помощью стоковой э.д.с. (
).
А для управления этим потоком электронов,
создают разность потенциалов между
истоком и затвором с помощью э.д.с.
затвора (
).
Эта э.д.с. создает электрическое поле в
канале, вектор поля направлен так , что
чем больше величина э.д.с., тем сильнее
«отжимаются» электроны от затвора
(рис.1.68) Другими словами, чем больше
отрицательное напряжение
,
тем меньше эффективное сечение канала,
тем больше сопротивление протеканию
тока между истоком и стоком. Обратите
внимание на полярность э.д.с.
затвор
исток
сток |
|
Рис.1.67 n-канальный транзистор |
Рис.1.68 Рабочее состояние транзистора |
О
бозначение
транзистора с n-каналом
в схемах показано на рис1.69.
|
|
|
Рис.1.69 Схемное изображение транзистора n-типа |
Рис.1.70 Проходная характеристика транзистора n-типа |
Рис.1.71 Стоковая характеристика транзистора n-типа |
В
отличии от биполярного транзистора у
полевого транзистора нет понятия входной
характеристики. Это связано с тем, что
ток затвора практически равен нулю.
Вместо входной характеристики вводят
проходную характеристику-зависимость
тока стока (
)
от входного напряжения затвор-исток
(
)
(рис.1.70). При напряжении
,
получившем название напряжения отсечки
(т.А), ток стока практически равен нулю
(канал пережат, режим отсечки). При
напряжении
,
ток стока определяется только внешними
условиями (канал полностью открыт).
Следует заметить, что проходная
характеристика показывает максимально
возможное значение тока стока при
заданном значении напряжения затвор-исток.
Фактическое значение тока стока
определяется по выходной характеристике
транзистора (рис.1.71).
Выходная характеристика многозначна
(при одном и том же значении напряжения
сток-исток), ток стока зависит от параметра
.
Особенность выходной характеристики
состоит в том, что левее пунктирной
линии ток стока линейно зависит от
напряжения сток-исток. Так ,например
если напряжение
,
то на участке от 0 до т.1, транзистор
представляет собой линейный резистор
величиной
, а на участке от 0 до т.2 линейный резистор
величиной
.
Если транзистор работает в этой области,
то говорят что наблюдается линейный
режим. При дальнейшем увеличении
напряжения сток-исток (
)
наступает режим насыщения, при
котором ток стока практически не зависит
от
и меняется только при изменении напряжения
затвор-исток (
).
Как и биполярный транзистор, полевой транзистор можно включить тремя разными способами (таб.1.5):
Таб.1.5
|
|
|
Схема с общим затвором |
Схема с общим истоком |
Схема с общим стоком |
Читатель! Прежде чем двигаться дальше, проверьте себя. На рис.1.72 показана схема усилителя на полевом транзисторе в режиме покоя. На рис.1.73,1.74 характеристики полевого транзистора. Готовы ли Вы ответить на следующие вопросы:
|
Параметры схемы |
EС=3 В |
|
R1=20 кОм |
|
RС=4,33 кОм |
|
RИ=0,67 кОм |
|
V1=2,1 В |
|
|
|
Рис.1.72 Усилитель на полевом транзисторе в режиме покоя |
|
|
||
Рис.1.72 Проходная характеристика транзистора 2N3686 |
Рис.1.73 Стоковая характеристика транзистора 2N3686 |
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
||
|
|
№ |
Вопрос |
54 |
Назовите тип транзистора |
55 |
Чему равно напряжение отсечки |
56 |
Чему равен ток отсечки |
57 |
Чему равно сопротивление транзистора в т.1 |
58 |
Чему равна проводимость транзистора в т.2 |
59 |
Чему равен ток затвора |
60 |
Чему равен ток стока |
61 |
Чему равно напряжение |
62 |
Чему равно напряжение |
На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.
№ вопроса |
Ответ |
№ вопроса |
Ответ |
55 |
-0,8 В |
59 |
0 |
56 |
0,68 mA |
60 |
0,207 mA |
57 |
2500 Ом |
61 |
-400 mB |
58 |
9*10-4 Сим |
62 |
1,96 В |
1.7.2 МОП- транзисторы. Конструкция и характеристики
Рассмотренный выше полевой транзистор с р-n переходом, в настоящее время во многих случаях вытеснен полевым транзистором, получившим название МОП-транзистора. Название вытекает из конструкции транзистора, показанной на рис.1.74.
|
Рис.1.74 Конструкция МОП-транзистора |
Буква М в названии говорит о том, что затвор (вывод 1) это металлическая пластинка. О - окисел (изолирующий слой, отделяющий металлический электрод от подложки). П -полупроводник (подложка, которая представляет собой кремниевый брусок р-типа). В подложке сформированы две области n-типа, одна из которых (вывод 3) - сток, другая (вывод 2) - исток. Схема включения данного транзистора в электрическую цепь показана на рис.1.75:
|
Рис.1.75 Моп-транзистор с индуцированным каналом |
Если
величина э.д.с, подключенной к затвору,
будет равна нулю (
),
то стоковая э.д.с. на стыке сток-подложка
создает электрическое поле, которое
совпадает с собственным полем р-n
перехода и тем самым увеличивает
потенциальный барьер. Как следствие,
ток стока равен практически нулю. Если
э.д.с.
,
то электрическое поле, созданное данной
э.д.с, при данной полярности, начнет
отталкивать дырки в подложке и как
результат, в подложке образуется
проводящий канал n-типа
( рис.1.75) :
Меняя
величину э.д.с.
,
можно менять сечение проводящего
индуцированного канала и тем самым
управлять током стока.
Другой тип МОП-транзисторов – это транзистор с встроенным каналом. Изменение конструкции приводит к изменению вида проходной характеристики. В таб.1.5 показаны виды полевых транзисторов, их обозначение на схемах, а также характерный вид проходных и стоковых характеристик.
Таблица 1.5.
Тип транзистора |
Обозначение |
Проходная характеристика |
Транзистор с р-n переходом с каналом n-типа |
|
|
Транзистор с р-n переходом с каналом р-типа |
|
|
МОП-транзистор с встроенным n-каналом |
|
|
МОП-транзистор с встроенным р-каналом |
|
|
МОП-транзистор с индуцированным n-каналом |
|
|
МОП-транзистор с индуцированным р-каналом |
|
|
В отличие от транзисторов с р-n переходом, МОП-транзисторы, могут работать с разными по знаку напряжениями затвор-исток.
Стоковые характеристики всех полевых транзисторов имеют одинаковый характер, отличие только в знаках напряжений сток-исток и затвор- исток, в зависимости от типа канала (рис.1.76).
|
|
С n-каналом |
С р-каналом |
Рис.1.76. Стоковые характеристики полевых транзисторов |
Следует запомнить, что входное сопротивление у полевых транзисторов значительно больше по сравнению с биполярными транзисторами.
Читатель! Прежде чем двигаться дальше, проверьте себя. Готовы ли Вы ответить на следующие вопросы:
№ |
Вопрос |
62 |
Сколько типов полевых транзисторов Вы знаете |
63 |
Нарисуйте проходные характеристики МОП-транзисторов |
64 |
Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным n-каналом |
65 |
Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным n- каналом |
66 |
Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором со встроенным р-каналом |
67 |
Нарисуйте схему усилителя постоянного тока в режиме покоя с МОП-транзистором с индуцированным р- каналом |
На отмеченные вопросы, ответы приведены ниже.
№ вопроса |
Ответ |
№ вопроса |
Ответ |
64 |
|
66 |
|
Уважаемый читатель! На этом мы заканчиваем рассмотрение резистивных элементов, используемых в электротехнике и электронике. Запомните:
Поведение этих элементов в схеме, в целом определяется вольтамперной характеристикой. А поэтому следует твердо помнить характеристики для всех видов резистивных элементов.
Значения токов и напряжений на этих элементах устанавливаются практически мгновенно. Подключил элемент к источнику и тот же момент скачком меняются ток и напряжение на элементе.
Закон Ома это исключительно могучий инструмент анализа электрических схем. Но им надо пользоваться умело. Теоретически он справедлив только для линейного резистора. На практике , в статических режимах, можно его использовать, отдавая себе отчет в том, что связь между током и напряжением определяется видом вольтамперной характеристики.
Широко пользуйтесь законами Кирхгофа. Особое значение имеет 2-ой закон, так как он позволяет связать между собой разные элементы, входящие в один контур. Анализ уравнения для контура позволяет многое понять, что происходит в схеме.
Есть и другие резистивные элементы, которые не были рассмотрены в данной главе по разным причинам. Среди них важное значение имеет тиристор, широко используемый в силовой электронике.
Все, что мы рассмотрели в данной главе будет широко использоваться в дальнейшем.
Оглавление:
О
сновные элементы электрических и электронных цепей.
Выпрямители
С
табилизаторы
Усилители
Мультивибраторы
Триггеры
Источники питания
Цифровые логические цепи.