БИЛЕТ № 1

1. Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия.

2. Усилительный каскад по схеме ОЭ. Параметры и характеристики усилительного каскада.

3. Файл A_UAIN1-05.CIR.

1. Электронно-дырочный переход в состоянии равновесия.

Электронно-дырочным переходом (p-n-переходом) называют переход между двумя областями полупроводника с различным типом электропроводности. Он является основой всех полупроводниковых приборов.

Рассмотрим симметричный p-n-переход, при котором Na = Nд, где Na – концентрация акцепторной примеси, а Nд – концентрация донорной примеси.

Выделяют:

- невырожденные полупроводники (у них мала концентрация примеси);

- вырожденные полупроводники (у них концентрация примеси велика);

+ чистые полупроводники (у них уровень Ферми находится посередине).

U≈0,5B; E≈10⁴В/см.

Обедненный слой образуется из-за рекомбинации.

Q – объемный заряд – препятствует дальнейшему движению носителей.

Получается потенциальный барьер для основных носителей и «горка» для неосновных.

Потенциальный барьер также иногда называют контактной разностью потенциалов φ_кон. Для германиевых и кремниевых полупроводников: φ_кон(Ge)=0,35…0,4B; φ_кон(Si)=0,7…0,8B.

Процессы перехода основных носителей в n/p область компенсируются переходом неосновных носителей: j_дрейф+j_диффуз=0. Таким образом, в электронно-дырочном переходе существует динамическое равновесие, при котором небольшой ток, создаваемый неосновными носителями (электронами в р-области и дырками в n-области), течет к p-n-переходу и проходит через него под действием контактного поля. Равный по величине ток, создаваемый диффузией основных носителей (электронами в n-области и дырками в р-области), протекает через переход в обратном направлении.

2. Усилительный каскад по схеме оэ. Параметры и характеристики усилительного каскада.

Каскад с общим эмиттером (ОЭ) (рис.1) является одним из самых распространенных усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Он получил такое название потому, что эмиттер транзистора является общим электродом для входной и для выходной цепей каскада для переменной составляющей (для сигнала). Например, у каскада, схема которого приведена на рис.1, эмиттер через малое сопротивление конденсатора С₃ соединен по переменной составляющей с общей точкой (с корпусом) и, таким образом, является общим для входной и выходной цепей. Емкость конденсатора С₃ специально подбирается такой, чтобы ее сопротивление в рабочем диапазоне частот было приблизительно равно нулю (X_C3»0).

Не знаю,нужно ли это«Назначение элементов каскада. Резисторы R₁ и R₂ задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки.

Резистор R₃ задает совместно с источником питания положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и одновременно определяет коэффициент усиления каскада.

Резистор R₄ в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток покоя коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом. Например, при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора I_К0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе R₄ (U_R4=R₄I_К0). Поскольку сопротивления R₁ и R₂ практически не зависят от температуры, постоянное напряжение между базой и корпусом U_{Б КОРП} при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R₂, U_БЭ, R₄, напряжение база-эмиттер U_БЭ уменьшится

,

что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора R₄ не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток I_К0 при этом во много раз снижается.

Кроме обеспечения термостабилизации, резистор R₄ участвует совместно с базовым делителем, состоящим из сопротивлений R₁ и R₂, в создании начального смещения U_БЭ между базой и эмиттером

,

где I_Э0 – ток покоя эмиттера.

Применение резистора R₄ для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной связи. Для ослабления этой обратной связи параллельно резистору R₄ включают конденсатор С₃. Емкость конденсатора С₃ выбирают такой, чтобы даже на самой нижней частоте полосы пропускания каскада его сопротивление было много меньше сопротивления R₄.

Конденсатор С₁ разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад.

Конденсатор С₂ разделяет по постоянному току усилительный каскад и нагрузку.

Транзистор обеспечивает усиление сигнала.

Источник питания Е_П обеспечивает энергию усиления сигнала.

Каскад ОЭ инвертирует (поворачивает на 180°) фазу выходного сигнала относительно входного. Действительно, например, при нарастании напряжения входного сигнала u_ВХ увеличивается напряжение u_БЭ. Это ведет к увеличению тока базы i_Б и, следовательно, к увеличению тока коллектора. Увеличение тока коллектора ведет к уменьшению выходного напряжения (напряжения между коллектором и корпусом u_ВЫХ=u_{К. КОРП}) и, наоборот, уменьшение тока коллектора ведет к увеличению выходного напряжения»

.

Каскад с общим эмиттером усиливает и напряжение, и ток, поэтому у него самый большой по сравнению с другими каскадами коэффициент усиления мощности К_Р. Под другими каскадами подразумеваются каскады с общим коллектором (усиливают только ток) и каскады с общей базой (усиливают только напряжение).

Основными характеристиками усилительного каскада являются амплитудная характеристика (АХ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ).

Основными параметрами усилительного каскада являются входное и выходное сопротивления, динамический диапазон D (определяется по АХ), полоса пропускания сигнала Df (определяется по АЧХ), нижняя f_Н и верхняя f_В граничные частоты полосы пропускания.

Основные свойства каскада ОЭ

1. Каскад инвертирует фазу входного сигнала, если нагрузка включена так, как показано на рис.1.

2. Каскад не инвертирует фазу входного сигнала, если нагрузка включена так, как показано на рис.2.

Рис. 2. Схема включения нагрузки, когда каскад ОЭ не инвертирует сигнал

3. Каскад усиливает напряжение, ток и мощность. По сравнению с каскадами ОК и ОБ каскад ОЭ имеет наибольший коэффициент усиления мощности при прочих равных условиях.

4. Каскад имеет не очень большое входное сопротивление R_ВХ (обычно сотни Ом – единицы кОм) без учета сопротивления базового делителя.

5. Выходное сопротивление каскада больше входного и составляет обычно единицы кОм.

6. При прочих равных условиях каскад ОЭ имеет более узкую полосу пропускания, чем каскад ОК или каскад ОБ.

Формулы даны применительно к каскаду, схема которого показана на рис.1.

Входное сопротивление

где – сопротивление в цепи базы,

h_11Э – входное сопротивление транзистора;

– глубина местной последовательной ОС по току, используемой для эмиттерной стабилизации точки покоя,

где h_21Э – коэффициент передачи тока транзистора;

– коэффициент усиления в области средних частот,

где – эквивалентное сопротивление нагрузки каскада.

БИЛЕТ № 2

1. Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии.

2. Усилительный каскад по схеме ОБ. Параметры и характеристики усилительного каскада.

3. Файл A_UAIN1.CIR.