ГИА 2024 Ответы УТС (НЕ ВСЕ)

За счет протекания тока стока через канал будет некоторое падение напряжения UИ = IСRС > 0. Поэтому относительно истока UЗИ = U¢ЗИ = UЗ – UИ »» –UИ < 0, что и требуется для n-канального ПТ.

11.МОП (МДП) транзисторы со встроенным каналом: устройство, принцип действия, ВАХ.

ВМДП транзисторах (металл-диэлектрик-полупроводник) затвор

изолирован от токопроводящего канала слоем диэлектрика, поэтому МДП транзисторы относят к классу полевых транзисторов с изолированным затвором.

МДПтранзисторывыполняютизSi. Вкачестведиэлектрикаиспользуют двуокись кремния SiO2. Отсюда другое название этих транзисторов – МОП транзисторы (металл-окисел-полупроводник).

Наличие диэлектрика между затвором и каналом обеспечивает высокое статическое входное сопротивление МОП-транзистора (1012…1014 Ом).

Принцип действия МОП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием поперечного электрического поля. Приповерхностный слой и является токопроводящим каналом. МОП транзисторы бывают двух типов: со встроенным каналом и индуцированным каналом. МДП транзисторы могут быть с каналом p или n типа.

Условные графические отображения (УГО) МДП транзисторов

Достоинства: МОП транзисторы широко используются в интегральном исполнении, поскольку обладают хорошей технологичностью, низкой стоимостью, высокой плотностью упаковки. Кроме того, цифровые интегральные схемы на МОП структурах обладают наибольшей помехоустойчивостью.

Конструкция транзистора следующая.

В исходной пластине Si p-типа с помощью диффузионной технологии создаются области истока, стока и канала n-типа. Слой окисла SiO2 (диоксид

кремния) выполняетфункциизащиты, атакжеизолируетзатворотканала. Что показано пунктироместественная граница области, обедненной подвижными носителями заряда. Стрелка указывает на область между оксидом и пунктиром. В p-подложке также образовывается обедненная область, показаннаяпунктиром. Обедненнаяобластьестьивокруженииобластистока.

Стоковые ВАХ МОП транзистора со встроенным каналом.

Вид характеристик близок к виду характеристик полевых транзисторов с p-n переходом.

Рассмотрим характеристику, соответствующую режиму Uзи=0. По каналу течет ток, определяемый исходной проводимостью канала и напряжением Uси .

На начальном участке характеристики (0-а), когда падение напряжения наканалемало, зависимостьIc отUси близкаклинейной. Помереприближения к точке б падение напряжения в канале приводит к его сужению и все более существенному влиянию сужения на проводимость канала. Это уменьшает крутизну нарастания тока на участке а-б. После точки б канал сужается до минимума, что еще больше ограничивает нарастание тока Ic и в конечно итоге наступает егостабилизация (участок II).

При Uзи<0 поле затвора оказывает отталкивающее действие на электроны - носители заряда в канале, что приводит к уменьшению их концентрации в канале и проводимости канала. Такой режим называют режимом обеднения. Стоковые характеристики при Uзи<0 располагаются ниже кривой Uзи=0. Напряжение прикладывается между затвором и истоком: исток-начало канала. Следовательно, Uзи прикладывается к диэлектрику под затвором. Он поляризуется и отталкивает электроны канала в подложку, обедненное сопротивление канала растет, ток Ic уменьшается.

При подаче на затвор напряжения Uзи>0 поле затвора притягивает электроныизр-слоявканал. Концентрацияносителейвканалеувеличивается, такой режим называется режимом обогащения. Проводимость канала возрастает, ток Ic увеличивается. Стоковые характеристики располагаются выше кривой Uзи=0.

Предел повышения напряжения Uси – напряжение пробоя этого участка. На стоковых характеристиках - это область III.

Важнейший минус таких транзисторов – повышенная чувствительность к статическому электричеству. Тонкий слой оксида кремния легко повреждается электростатическими зарядами, поэтому МОП-приборы могут выйти из строя даже при прикосновении к прибору наэлектризованными руками. Недостатком так же является разрушение структуры, начиная от температуры +150 °C. (У биполярных транзисторов критической является температура +200 °C.)

12.Виды межкаскадных связей. Непосредственная и емкостная связь: схемы, достоинства, недостатки.

Различают следующие типы межкаскадной связи в многокаскадных усилителях: (непосредственная) гальваническая, трансформаторная, емкостная и оптическая (оптронная). Рассмотрим непосредственную и емкостную связь. К – каскад усиления.

Простейший вид связи – непосредственная связь. При непосредственной связи выходной электрод транзистора первого каскада соединяется проводником с входным электродом следующего каскада. Например, в случае применения схемы ОЭ в первом каскаде потенциал базы транзистора VТ2 второго каскада равен потенциалу коллектора VТ1 первого каскада, следовательно, режимы каскадов зависят друг от друга. Схема получается проще, чем при других типах связи, уменьшаются частотные и фазовые искажения на нижних частотах, повышаются коэффициент усиления и КПД устройства. Однако появляется и взаимное влияние исходных режимов каскадов, что приводит к усилению их нестабильности, вызванной повышением температуры или другой причиной. Поэтому в схемах каскадов приходится предусматривать независимое задание режимов ИРТ транзисторов.

В схемах с емкостной связью конденсатор С является блокирующим для постоянноготока, чтопозволяетнезависимозадаватьисходныерабочиеточки в отдельных каскадах, и конденсатором связи для переменного тока. Такая связь используется главным образом в усилителях низкой частоты. Конденсатор связи С должен иметь низкое реактивное сопротивление для минимизации ослабления сигналов на низких частотах. Обычно используется емкость от 10 до 100 микрофарад, причем этот конденсатор обычно бывает электролитическим. При уменьшении частоты реактивное сопротивление конденсатора увеличивается. Низкочастотная граница усилителя определяется величиной конденсатора связи, а высокочастотная граница – типом используемого транзистора.

13.Видымежкаскадныхсвязей. Трансформаторнаяиоптическаясвязь: схемы, достоинства, недостатки.

Различают следующие типы межкаскадной связи в многокаскадных усилителях: (непосредственная) гальваническая, трансформаторная, емкостная и оптическая (оптронная). Рассмотрим трансформаторную и оптическую связь. К – каскад усиления.

Усилительные каскады с трансформаторной связью применяют тогда, когда требуется оптимальное согласование сопротивления нагрузки и выходного сопротивления усилительного каскада. Такие усилительные каскады сравнительно дороги, имеют худшие частотные характеристики по сравнению с бестрансформаторными каскадами, вносят повышенные нелинейные искажения, имеют значительные массу и габариты. Однако при необходимости обеспечить гальваническую развязку частей усилителя или при получении в нагрузке максимальной мощности, а соответственно и максимального коэффициента усиления по мощности, обойтись без трансформаторной связи пока не удается. На постоянном токе – не используется, так как в основе принципа работы трансформатора лежит использование переменного магнитного потока, наводящего во вторичной обмотке ЭДМ взаимоиндукции, благодаря чему сигнал и передается с выхода первого каскада на вход второго.

Для передачи сигнала от одного каскада к другому, обеспечивающей высокую степень электрической изоляции их друг от друга, применяется оптронная связь. В этой схеме такую связь осуществляет оптопара, состоящая из светодиода и фотоэлемента, связанных между собой световым лучом, излучаемым светодиодом.

Электрический сигнал, поступающий на светодиод, может меняться, что в свою очередь изменяет интенсивность излучаемого им света. Фотоприемник преобразует изменение света опять в электрическую энергию. В качестве приемника оптического излучения могут так же выступать фотодиоды и фототранзисторы.

14.Усилители мощности в режимах «А», «В»: схемы, достоинства, недостатки.

Любой усилитель при отсутствии входного сигнала работает в так называемом режиме покоя, или статическом режиме, или режиме по постоянному току. Такой режим характеризуется постоянным падением напряжения на компонентах, входящих в состав усилительного каскада.

Статическийрежим, илирежимисходнойрабочейточки, устанавливают в зависимости от назначения усилителя и величины входного сигнала. Приняторазличатьчетырережимаработыусилителей: A, B, C, D. Этирежимы являются основными. Кроме того, существуют и промежуточные режимы (например, AB).

Режим А – это такой режим работы активного компонента схемы, при котором ток в выходной цепи протекает в течение всего периода входного сигнала. Количественная характеристика усилительного режима – это угол отсечки выходного тока усилителя Θ (Тета). Угол отсечки численно равен половине временного интервала, в течение которого через активный элемент протекает синусоидальный ток.

Так, например, в режиме А, Θ=π. Режим А имеет важное преимущество среди других режимов – минимальные искажения усиливаемого сигнала. Используется в каскадах предварительных усилителей и маломощных выходных каскадах. Однако этот режим обладает самым низким КПД – менее 50%. Это объясняется большим уровнем тока покоя I0, который превышает амплитуду выходного тока Im.

Uвх

Iвых

Режим B характеризуется углом отсечки, равным π/2, и имеет более высокий КПД, достигающий теоретически 78%. Это преимущество позволяет использовать его в двухтактных усилителях мощности. Но в чистом виде режим В с нулевым током покоя практически не применяется в усилителях

мощности синусоидальных сигналов. Причина - существенные нелинейные искажения, связанные с нечувствительностью закрытых полупроводниковых приборов к сигналам с уровнем менее 0,5В. Уменьшить или совсем устранить зону нечувствительности транзисторов возможно путем некоторого увеличения тока покоя. Так организуется некий промежуточный режим – режим АВ, который обладает небольшими нелинейными искажениями за счет некоторого уменьшения КПД.

временного интервала, в течение которого через активный элемент протекает синусоидальный ток.

Режим С характеризуется углом отсечки менее π/2 и поэтому обладает высоким КПД, достигающим величин более 80%. Этот режим используется в мощных резонансных усилителях радиосигналов.

РежимD угломотсечкинехарактеризуют, посколькуформавыходного тока усилителя в этом режиме существенно отличается от синусоидальной. Режим D – это ключевой режим работы усилительного каскада.

Ключевым режимом называется такой режим работы транзистора, при котором он может находиться только в двух возможных положениях: либо в зоне отсечки (транзистор заперт и его можно рассматривать как разомкнутый ключ), либо в зоне насыщения (транзистор полностью открыт и его можно рассматриватькакзамкнутыйключ). Вактивнойзонерабочаяточканаходится только в течение короткого промежутка времени, необходимого для перехода её из одной зоны в другую, при этом переход транзистора из закрытого состояния в открытое и наоборот производится достаточно быстро.

Усилители в ключевом режиме обладают высоким КПД – более 90%, что позволяет создавать на их базе энергоэкономичные силовые электронные устройства