Вопросы и ответы (шпоры) к экзамену по ОЭЭ / Ответы на вопросы (Шпоры) по ОЭЭ

21. ВАХ полевых транзисторов с р-n переходом

Вах полевых транзисторов с pт переходом бывает 2х видов:

1) стоковая 2)стокозатворная.

Стоковые вых х-ки

Транзистор с pn переходом, канал n типа. Iс=F(Ucи), при этом

(Uзи=const). Имеются явно выраженные 3 области 1 Крутая, 2 Пологая, 3 Пробоя, т.е переход исток-сток.

Р/м Uзи=0. U учитываем от 0 до точки а влияние Uис на проводимость канала незначительно, поэтому здесь применяем линейную зависимость

в обл Ic(Uис).

Такая линейная зависимость широко используется в схемах для создания управляемого омического сопротивления, оно свободно от паразитных эдс, которые связаны с зарядом. На участке а-б увеличивается Uис. В точке б канал сужается до минимума, смыкается pn переход, дальнейшее повышение Uис теоретически не должно увеличить Iс, т.к с увеличением Uис имеем разного рода утечки и влияет Эл поле pn перехода, который прилегает к каналу. Третий участок ВАХ характеризуется резким возрастанием тока, который вызван лавинным пробоем pn перехода, пробой идет по центру С-З( в точке d и выше может произойти пробой pn перехода, на уч C-З). Если Uис<0, то исходная проводимость канала уменьшается ( рис 3).В связи с этим начальные участки кривых имеют меньшую крутизну нарастания тока. Перекрытие канала происходит при меньшем напр Uис чем в сл 1 (рис 1).

Перекрывание канала соответствует абсциссе точки Uз, при кот Ic=0 называется напряжением отсечкиUзи0; числ. Зн. Uзи0=Uис в точке ВАХ при Uзи=0.

Управление выходным током в полевом транзисторе производится Uзи, поэтому важное значение имеет стокозатворная характеристика (или проходная

характеристика транзистора). Она имеет большой практический

смысл. Iс=F(UЗи) при (Uси=const).

Важным параметром является крутизна характеристики S=dIс/dUзи приUис=const, т.о

S=ΔIc/ΔUзи при Uси=const. Заметим, что хар-ка сток-затвор располагается

только во втором квадрате. Внутреннее сопротивление транзистора ri=dUси/dIс при Uзи=const. В области два давление высокое ri=ΔUси/ΔIс при

Uзи=const. Входное сопротивление транзистора rвх= ri=dUзи/dIз в отличие от биполярных транзисторов. Напряжение входа полевых транзисторов много больше. Тк изменение входного тока - изменение обратного тока pn перехода (он очень небольшой), значит сопротивление входа очень большое. Измеряется десятками Мом. Статический коэф усиления M=S*ri,

М=-dUuc/dUзи, при Iс=const. В полевых транзисторах учитывается большое ri и rвых, усиливается влияние межэлектродных емкостей ( З и И, Зи С) которые существенно влияют на частные свойства полевых транзисторов.

Влияние температуры

Обусловлено температурной зависимостью пот-ого барьера φ0 и изменении подвижности электронов и дырок при изменении температуры. С ростом температуры, падает φ0, это сказывается на увеличении сечения канала и проводимости, а подвижность носителей уменьшается, значит уменьшается и проводимость канала.

Принимая во внимание противоположное влияние φ0 и подвижности носителей можно найти рабочую точку в которой это влияние взаимно компенсируется, это не всегда оказывается целесообразным.

22. Т-образная схема замещения транзистора.

ri-внутр. сопротивление идеального источника тока. Если выполняется по интегр технологии c- невысокие, но их очень важно знать при оценке частотных свойств, тк входное сопротивление полевого транзистора очень большое,

поэтому постоянная времени заметна, при rвх=10^-12 с=1пкФ. Если транзистор используется в области низких частотили при пост токе используется 2 эл SUвх и riа емкости не используются. Есть разновидности схем замещения, когда вместо

источника тока используется источник ЭДС, и последовательно соединенные внутренние сопротивления.

23. МДП транзисторы

МДП- металл, диэлектрик полупроводник. В этих транзисторах затвор изолирован от токопроводящих каналов (нет pn перехода). Такие транзисторы относятся к классу пол. транзисторов с изолированным затвором. Материал кремний Si, в качестве диэл двуокись кремния. Si O2

МОП- металл окислитель полупроводник. Наличие диэлектрика между затвором и каналом обеспечивает высокое вх сопротивление п/првых приборов. Такие транзисторы могут быть использованы в качестве усилителя зарядов. Принцип действия основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под действием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой является токопроводящим каналом в МДП транзисторах. МОП транзисторы выпускают 2х типов: с индуцированным каналом и со встроенным каналом.

Транзистор со встроенным каналом

Транзистор с индуцированным каналом

Подложка выполняет вспомогательную функцию.

Р/м как устроен схематично МОП транзистор со встроенным каналом

Uзи м.б >0, =0,<0. В

исходных пластинах Si p- типа c пол. Деффуз. Техн созданием обл И, С и канала n типа. Слой окислителя кремния выполняет функцию защиты поверхности, близкой области И и С, так же изолирует затвор от канала. Вывод подложки часто подсоединяется к И. ВАХ МОП транзисторов со встроенным каналом. Вид стоковой характеристики

близок к виду х-к фильтров с pn переходом, разница Uзи мб как =0, так и >0,<0.

Р/м Uиз=0 по каналу течет ток, который определяется исходной проводимостью канала и Uси. На начальном участке характенристики когда падение U на канале мало зависимость Ic(Uси) близка к линейной по мере приближения к точке б падение U в канале приводит к его сужению и большему влиянию сужения на проводимость, это у меньшает крутизну нарастания I, в точке б канал сужается до минимума, что еще больше ограничивает нарастание тока. В конечном итоге наступает стабилизация I. Если Uзи <0, то поле

затвора оказывает отталкивающее действие на электроны, которые являются носителями заряда в канале.Это приводит к изменению из концентрации в каналек и изменению проводимотси в канале. Такой режим

называется режимом объединения. Стоковые характеристики расположены ниже кривой Uзи=0, если Uзи>0 поле затвора притягивает электроны из p слоя в канал. Концентрация носителей увеличивается, режим обогащения. Т.о транзистор со встроенным каналом может работать как в режиме объединения так в режиме обогощения.

Транзисторы с индукционным каналом

В отличие от транзисторов со встроенным

каналом конструктивно канал не создается.

Канал создается благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины в сл приложенный к затвору положительной полярности U по отношению к истоку. За счет притока электронов происходит изменение токопроводности. Этот канал соединет обл И и обл С. Проводимость канала увеличивает U, значит увеличивается I. Транзисторы с индукционным каналом работают только врежиме обогащения. Стоковая характеристика расположена только в одном квадрате.

Имеет место зоны чувствительности, что обеспечивает работу транзисторав ключевом режиме, пороговая чувствительность до 2х вольт обеспечивает достаточную

помехоустойчивость. Чаще всего используются в качестве усилителя сигнала.

24 Диодные выпрямители с умножением напряжения

Напряжение на вых может быть больше чем развивает вторичная обмотка трансформатора. Наиболее простой вариант схемы выглядит следующим образом.

Это удвоитель напряжения. Схема состоит из 2х последовательно соединенных выпрямителей 1) VD1

и С1, 2) VD2 и C2.

Если по вр разорвать то наиболее просто можно понять принцип работы схемы. В первом из полупериодов заряжается конденсатор С1, когда имеет место второй полупериод то первый диод закрыт, а второй открыт, присходит зарядка второго конденсатора. На выходе б. напряжение = 22U 2 . Поскольку схема выпрямляет каждый полупериод напряжения U2 то схема является 2х полупериодной схемой выпрямителя. Uввыхх 22 *U 2 . Те общее выходное нарряжение в два раза больше чем в обычной мостовой схеме выпрямителя. При подключении наргрузки последовательно соединенные конденсаторы разряжаются на сопротивление нагрузки,

мостовой схемой выпрямителя емкости, то при один Uн и Rн уровень пульсации в 2 р больше чем в обычной мостовой схеме.

Некоторые разновидности схем умножителей.

Uн=Uc2

При этом Uc2 разряжается через резистор Rн. Рассмотрим несколько вариантов входного сигнала.1) Предположим на вторичной обмотке тринзистора + сверху – снизу. Тогда С1 и С2 заряжаются через диод VD2 Uc1=Uc2=0.7U2 2) U2-+: Uc1=2^0.5*U2=1.41*U2. C1 презарядим через диод VD1 полярность на Uc1 на -+. 3) U2±:2*2^0.5=2.82U2 при этом С2 подзаряж до 2,82U2, c1разряжается.4) U2-+: Uc1-+=1.41U2. Если не учитывать разряд С2 на Rн то на выходе схемы Uc2=2.82U2 ( удвоенная амплитуда дейчтвит значения) Данная схела

позволяет умноржать на n чисел, при увеличении коэфф умножения на 1 требуется добавить 1 диод и 1 конденсатор.

Диодные стабилизаторы напряжения

Диодные стабилизаторы используют нелинейность ВАХ. Основной задачей является меньшее изменение вых U по сравнению с измен вх U в заданном диапозоне изменения тока нагрузки. Существуют два типа стабилизации, параметрический и компенсационный. Параметрический - использует нелинейность вах, в частности тиками свойствами обладает диод в режиме пробоя. Компенсационный использует принцип автоматического регулирования U кот подвод к нагрузке.

Достоинсва параметрической стабилизации: балластный разистор, полупроводниковый диод, надежность, широкий диапазон входного напряжения 1-

150В

эта схема подключается к выпрямителю с фильтром, нагрузка подключена параллельно стабилитрону.

rст=dUст/dIст=ΔUст/ΔIст

При изменении U на входе или Rн Uн изменяется незначительно в соответствии с характеристикой стабилитрона. Основной

расчет соотношений в схеме.

1) Необходимо правильно выбрать стабилитрон исп в схеме Uном=Uнагр

2) Необходимо

обеспечить условия работы стабилизатора такие что Iстmin≤Icт≤Icтmax. По закону Кирхгофа Iвх=Iнагр+Icт Uвх=Urб+Uнагр

Iст=(Uвх-Uнагр)/Rб-Uнагр/Rнагр.

U нагр изменяется незначительно поэтому его примем const, тогда в условиях изменения тока нагрузки и напряжения входа Iст будет изменяться от минимума до максимума. Imin соотв Umin и Rmin, для максимумов аналогично. Расчет стаб сводится к тому чтобы выбрать соответствующее Rб при котором ток

протекающий через стабилитрон был ближе к Iстmin. Поэтому

Rб U (входноемин) Uн I (стмин) Uн

R(нмин)

Для оценки теплового режима необходимо рассчитать мощности

Рст=Iст max*Uст, РRбmax=(Uвхmax-Uст)^2/Rб. В процессе изменения схемы при небольшом изменении U напряжение определяется дифференциальным сопротивлением, чем оно ниже тем круче вах, тем выше качество стабилизатора.

Основные показатели качества стабилизаторов

Основными показателями являются 1) Коэффициент стабильности схемы 2) Выходное сопротивление стабилизатора.

Коэффициент стабилизации показывает во сколько раз относительное изменение на входе схемы больше чем на выходе при постоянном напряжении.

Кcт=ΔUвх*Uвых/Uвх*ΔUвых. Идеальный стабилизатор имеет коэффициент стремящийся к бесконечности. Выходное сопротивление Rвых=- Uн/ΔIн, при

Uвх=const.

Коэффициент стабилизации, входное сопротивление диодного параметрического стабилизатора напряжения

U (вх) * (r(ст) Rн)

Uн Rб (r(ст) Rн) . Если Rн>>rcт, Rб>>rcт, то Uн=ΔUвх*rcт/Rб

Кст=Uн*Rб/Uвх*rcт, редко превышает 20-50. Для увеличения коэф стабилизации при том же входном токе надо увеличить входное напряжение, но при этом увеличится мощность рассеивания на балластном резисторе. Иногда применяют источник тока вместо балластного сопротивления, в качестве него часто транзистор с ОБ. Тогда выходное сопротивление стабилизатора определяется его диф сопротивлением

R(вых) r Rб r(ст) . Rвых определяется крутизной вых R. Идеальный стабилизатор имеет нулевое выходное сопротивление как идеальный источник ЭДС.

27. Фильтрующие свойства стабилизаторов.

Стабилизаторы напряжения U могут быть использованы в качестве фильтров снижающих….

Стабилизаторы эквивалентны большой емкости. Если подать пульсирующее U на выход получится ур-е пульсации в k раз меньше.

Температурная стабильность выходного напряжения стабилизатра.

При изменении температуры хар-ка изменяется.

При повышении температуры хар-ка эквидист. смещается влево. Т.о. при повышении t, выходное U растет.

ТКНтемпер. Коэф. Напряжения. [ %/ºC ].

Rнmax < Uн/[((Uвхmax-Uн)/Rб)-Iсмmax]

Для оценки теплового режима необх. Рассчитать Pст и Rб.

Эта мощность: Pст = Iстmax*Uст; P_Rбmax = (Uвхmax-Uст)^2/Rб;

В процессе измерения схемы при небольшом изменении U нагрузка определяется диф-ным сопр., чем больше rст, т.е. чем круче ВАХ, тем выше качество стабилизатора.

Двухполюсные пассивные элементы.

Схемы замещения резисторов, индуктивных катушек и конденсаторов.

Идеализированные схемные элементы — сопротивление r, индуктивность L, емкость С — отражают основные свойства и параметры соответственно резисторов, индуктивных катушек и конденсаторов, обусловленные физическими процессами необратимого рассеяния энергии и обратимого накопления энергии, связанной с магнитным и электрическим полями.

При определенных условиях необходимо учитывать свойства и параметры реальных элементов, обусловленные побочными (так называемыми паразитными) процессами. Например, на высоких частотах на работу схемы влияют скорость изменения магнитного потока, сцепленного с резистором, и ток смещения, т. е. индуктивность и емкость резистора, которыми при других условиях можно пренебречь. У индуктивной катушки в ряде случаев требуется учесть потери энергии в обмотке и сердечнике, межвитковую емкость; у конденсатора — потери энергии в несовершенном диэлектрике, индуктивность выводов.

С помощью идеализированных элементов r, L и С можно составить схемы замещения резисторов, индуктивных катушек и конденсаторов, учитывающие побочные процессы. Например, на рис. 1.16, а показана схема замещения резистора, учитывающая его индуктивность и емкость; на рис. 1.16, б, в приведены схемы замещения индуктивной катушки и конденсатора, учитывающие потери энергии, паразитные емкости и индуктивности. Параметры таких схем

замещения находят на основании экспериментальных данных, а также в определенных случаях — расчетным путем.