
- •Конспект лекций
- •Оглавление
- •1. Полупроводниковые диоды
- •1.1. Конструктивно-технологические виды диодов
- •1 2 4 3 N Ge 1 - металлическая игла2 - кристалл полупроводника3 - металлизация
- •1.2. Выпрямительные диоды
- •1.3. Импульсные и высокочастотные диоды
- •1.4. Стабилитроны
- •1.5. Туннельные диоды
- •1.6. Варикапы
- •1.7. Свч диоды
- •1.8. Диоды Ганна
- •1.9. Лавинно-пролетные диоды
- •1.11. Варисторы
- •1.12. Термисторы, термоэлектрические приборы
- •1.13. Тиристоры, фототиристоры, оптопары
- •2. Биполярные транзисторы Общие сведения
- •2.1. Устройство и принцип действия биполярных транзисторов
- •2.2. Схемы включения транзисторов
- •2.3 Коэффициенты передачи тока
- •2.4. Зависимость коэффициентов усиления транзисторов от режима и температуры
- •2.5. Статические характеристики транзистора в схеме с оэ
- •2.6. Модель Эбберса-Молла
- •2.7. Транзистор как линейный четырехполюсник
- •2.8. Конструкции биполярных транзисторов
- •2.9. Биполярные транзисторы с гетеропереходами
- •3. Усилители на транзисторах
- •3.1. Классификация Режимы работы
- •3.2. Выбор рабочей точки
- •3.3 Стабильность рабочей точки
- •3.4. Расчет каскада на транзисторе в схеме с оэ по постоянному току
- •3.5 Транзисторный усилитель переменного напряжения
- •3.6 Амплитудно-частотная характеристика усилителя
- •3.7. Порядок расчета транзисторных усилителей
- •3.8. Эмиттерный повторитель
- •3.9. Усилители постоянного тока
- •3.10. Дифференциальный усилитель
- •4. Полевые транзисторы
- •4.1. Полевые транзисторы. Общие сведения
- •4.2. Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.3. Статические характеристики
- •4.4. Основные параметры мдп-транзисторов
- •4.6. Полевые транзисторы с управляющим
- •4.7. Приборы с зарядовой связью
- •4.8. Полевые свч транзисторы на основе арсенида галлия
- •4.9. Полевые свч-транзисторы на гетероструктурах
- •5. Электронные приборы свч Общие сведения
- •5.1. Клистроны
- •5.2. Лампы бегущей и обратной волны
- •5.3. Магнетроны
- •6. Интегральные операционные усилители
- •6.1. Основные параметры оу
- •6.2. Обратные связи
- •6.3. Идеальный оу. Виртуальный ноль
- •6.4. Инвертированный усилитель
- •6.5. Неинвертирующий усилитель
- •6.6 Аналоговые интеграторы и дифференциатор
- •6.7. Инвертирующий сумматор и вычитатель
- •6.8. Логарифмический усилитель, компараторы
- •6.9. Избирательные усилители
- •Литература
2. Биполярные транзисторы Общие сведения
Биполярный транзистор был изобретен специалистами фирмы Bell Laboratories в 1947г. Плоскостной транзистор разработан американским физиком В.Шокли в 1949-50г. Транзистор может выполнить усилительные и ключевые функции и представляет собой универсальный элемент электронных схем.
Транзисторы подразделяются на биполярные и полевые (униполярные). Физические процессы в биполярных транзисторах определяются движением основных и не основных носителей.В полевых транзисторах используется движение только носителей одного знака.
2.1. Устройство и принцип действия биполярных транзисторов
Биполярный транзистор представляет собой совокупность двух, встречновключенных взаимодействующих между собой p-n-переходов, которые расположены на расстоянии, меньшем диффузионной длины носителей.
Транзистор состоит из трех полупроводниковых областей с чередующимися типами проводимости. Различают два типа биполярных транзисторов n-p-n и p-n-p (рис. 2.1-2.4).
Полупроводниковые области с различным типом проводимости называются соответственно эмиттером, базой, коллектором. Они разделены двумя взаимодействующими p-n-переходами эмиттерным-1 и коллекторным-2 (рис. 2.1). К областям эмиттера, базы и коллектора создаются омические контакты и внешние выводы.
Принцип действия транзисторов n-p-n и p-n-p типов одинаков. Рассмотрим работу транзисторов на примере транзистора n-p-n типа, воспользовавшись одномерной моделью, в которой p-n-переходы считаются плоскими, а носители движутся только в одном направлении.
Рассмотрим энергетическую диаграмму транзистора n-p-n типа в состоянии равновесия. Рис. 2.5 уровень Ферми одинаков для всех областей структуры. В p-n-переходе эмиттер-база образуется потенциальный барьер qUк1, а в p-n-переходе база-коллекторqUк2. Энергетические зоны в базе искривлены, так как в большенстве случаев концентрация акцепторов у границы базы с эмиттерным переходом выше, чем у границы с коллекторным. В результате появляется внутреннее поле в базе, ускоряющее электроны движущиеся из эмиттера в коллектор.
На рис. 2.5,б показана зонная диаграмма n-p-n транзистора в активном режиме. Схема включения транзистора приведена на рис. 2.6. На переход эмиттер-база подается прямое смещение, а на переход база-коллектор - обратное.
Потенциальный барьер перехода эмиттер-база снижается на значение прямого напряжения и становится равным q(UK1-UЭБ). При этом электроны
инжектируются из эмиттера в базу. Для обеспечения максимальной односторонней инжекции электронов в базу, концентрацию доноров в эмиттере делают значительно больше концентрации акцепторов в базе NДЭ>>NАБ.
Электроны инжектированные в базу двигаются к коллектору в результате диффузии и дрейфа.
Диффузия связана с повышением концентрации электронов в базе у эмиттерного перехода, тогда как у коллекторного перехода концентрация электронов уменьшается вследствии затягивания их полем в p-n-переход база-коллектор.
Поскольку толщина базы мала по сравнению с диффузионной длиной электронов, то практически все электроны доходят до коллекторного перехода и лишь незначительное их количество рекомбинирует. Коллектор собирает электроны инжектированные в базу.
В активном режиме:
IЭ=IБ+IК, (2.1.1)
IКIЭ>>IБ. (2.1.2)
Коллекторный ток почти не зависит от напряжения на коллекторе, так как при любом обратном напряжении все электроны достигающие в базе перехода база-коллектор, попадают в его ускоряющее поле и уходят в коллектор. Дифференциальное сопротивление обратно-включенного коллекторного перехода велико.
rkдиф=.
(2.1.3)
В коллекторную цепь можно включить достаточно большой резистор RН(рис. 2.6) и коллекторный ток при этом существенно не изменится. Дифференциальное сопротивление перехода эмиттер-база, включенного в прямом направлении мало.
Если эмиттерный ток изменится на IЭ, то приблизительно на столько же возрастет и коллекторный ток
IЭ=IK. (2.1.4)
Изменение мощности, потребляемой в эмиттерной цепи будет много меньше мощности, выделяемой в нагрузке.
Pвх=IЭUЭБ=rЭ,
(2.1.5)
Рвых=IKUKБ=RH.
(2.1.6)
При RH>rЭнаблюдается усиление мощности сигнала Рвых>РВХ. (2.1.7)
В n-p-n транзисторе главными рабочими носителями, образующими токи через p-n-переходы являются электроны. Ток базы обусловлен дырками, компенсирующими избыточный заряд электронов базы. Дырки рекомбинируют с электронами в базе, а так же инжектируются из базы в эмиттер. Принцип работы p-n-p транзистора аналогичен работе n-p-n транзистора.
Транзисторы с неоднородным распределением примеси в базе называются дрейфовыми, так как при этом в базе существует ускоряющее поле.
Транзисторы с однородной базой называются диффузионными.