Литература / (тоже супер) физосновы для экз

где Uст = Uст 2 – Uст 1 — разность напряжений, измеренных при температуре T2 и T1 соответственно;

T = T2 – T1 = 70 – 20 = 50°.

Из (3.16.1) следует, что

Uст = αнUст T/100.

Полагаем, что номинальное значение Uст данного стабилитрона измерено при комнатной температуре T1 = 20°C. Это значение, как известно, закодировано в четвертом и пятом элементах буквенно-цифрового обозначения стабилитрона, т. е. Uст = 5,6 В. Поэтому

Uст = –0,04 5,6 50/100 = –1,12 В,

из чего следует, что при T = 70°C напряжение стабилизации составит около 4,5 В.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Назовите основные группы полупроводниковых приборов.

2.Дайте краткую характеристику полупроводниковых резисторов, диодов, биполярных и полевых транзисторов, а также тиристоров.

3.Назовите две группы резисторов.

4.Как подразделяются резисторы специального назначения?

5.Как подразделяются переменные резисторы?

6.Как подразделяются резисторы в зависимости от материала, использованного для создания проводящего элемента?

7.Назовите группы непроволочных резисторов.

8.Как по конструктивному исполнению выполняют резисторы?

9.Запишите выражение для средней мощности те-

пловых шумов резистора (формула Найквиста).

10.Нарисуйте функциональные характеристики переменного резистора.

11.Запишите уравнение связи действующего значения напряжения шумов с их мощностью.

12.Запишите выражения для действующего значения токовых шумов, уровня токовых шумов.

13.Как рассчитать суммарный шум электрической цепи, содержащей несколько резисторов?

14.Нарисуйте эквивалентные схемы резистора.

15.Какие шесть рядов определяют номинальные сопротивления резисторов?

16.Приведите систему обозначений резисторов.

17.Приведите основные параметры резисторов.

18.Приведите понятие терморезистора и его температурную зависимость.

19.Приведите характеристики терморезистора и зависимость его сопротивления от тока подогрева.

20.Приведите понятие варистора и их вольт-амперные характеристики (негисторы).

21.Запишите уравнение негистора.

22.Приведите параметры варисторов.

23.Приведите характеристики позисторов и условные обозначения резисторов.

24.Приведите основные параметры позисторов.

25.Как различают диоды в зависимости от технологических процессов, используемых при их изготовлении?

26.Как разделяют диоды по функциональному назначению?

27.Запишите выражение идеализированной вольтамперной характеристики диода.

28.Запишите зависимость теплового тока от температуры.

29.Запишите упрощенное выражение обратного тока от температуры окружающей среды.

30.Запишитеуравнение прямойветвивольт-амперной характеристики с учетом падения напряжения на базе.

31.Запишите выражение для падения напряжения на диоде.

32.Нарисуйте вольт-амперные характеристики германиевого и кремниевого диодов.

33.Приведите понятие и характеристику выпрямительных диодов.

34.Приведите параметры выпрямительных диодов

иих типовые значения.

35.Приведите понятие импульсных диодов.

36.Приведите параметры импульсных диодов.

37.Нарисуйте изменение тока через диод при подключении обратного напряжения.

38.Нарисуйте изменение концентрации неосновных носителей заряда в базе импульсного диода.

39.Приведите условное обозначение диода с барьером Шоттки.

40.Нарисуйте эквивалентную схему диода.

41.Приведите понятие стабилитрона.

42.Дайте характеристику механизмов пробоя: туннельного, лавинного и теплового.

43.Нарисуйте вольт-амперную характеристику стабилитрона, его условное обозначение и включение в схему стабилизации напряжения.

44.Приведите основные параметры стабилитронов

иих типовые значения.

45.Запишите неравенства для выбора параметров цепи стабилизации напряжения.

46.Нарисуйте схемы температурной компенсации стабилитрона; включение стабилитронов для двухполярной стабилизации напряжения; двухполярной стабилизации с помощью термокомпенсированных стабилитронов; стабилитрона, имеющего двухполярное напряжение стабилизации.

47.Приведите понятие и характеристику прецизионных стабилитронов.

48.Приведите понятие и характеристику двуханодных стабилитронов.

49.Приведите понятие варикапа.

50.Запишите выражение для емкости варикапа.

51.Приведите основные параметры варикапов и их типовые значения.

52.Нарисуйте эквивалентную схему варикапа, его условное обозначение и включение в состав резонансного LC-контура, перестраиваемого изменением напряжения.

53.Приведите понятие стабистора и туннельного диода.

54.Как разделяются сверхвысокочастотные диоды?

55.Нарисуйте вольт-амперные характеристики туннельного и обращенного диодов, а также их условные обозначения.

56.Приведите понятие генератора шума.

57.Приведите понятие магнитодиода.

58.Приведите понятие диода Ганна.

59.Приведите схему, уравнения и графический анализ определения параметров диода.

60.Нарисуйте эквивалентные схемы диода для прямого и обратного включения.

61.Приведите классификацию и систему обозначений диодов.

3.4. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с двумя или несколькими взаимодействующими электрическими p-n-переходами и тремя выводами или более, усилительные свойства которых обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

3.4.1. Устройство и основные физические процессы

Устройство транзистора. Биполярный транзистор в своей основе содержит три слоя полупроводника (p-n-p или n-p-n) и соответственно два p-n-перехода. Каждый слой полупроводника через невыпрямляющий контакт «металл — полупроводник» подсоединен к внешнему выводу.

Средний слой и соответствующий вывод называют базой, один из крайних слоев и соответствующий вывод называют эмиттером, а другой крайний слой и соответствующий вывод — коллектором.

Дадим схематическое, упрощенное изображение структуры транзистора типа n-p-n (рис. 3.31а) и два допустимых варианта условного графического обозначения (рис. 3.31б).

Транзистор типа p-n-p устроен аналогично, упрощенное изображение его структуры дано на рисунке 3.32а, более простой вариант условного графического обозначения — на рисунке 3.32б.

Рис. 3.31

Схематическое, упрощенное изображение транзистора n-p-n-типа:

а — структура; б — два допустимых варианта условного графического обозначения.

Транзистор называют биполярным, так как в процессе протекания электрического тока участвуют носители электричества двух знаков — электроны и дырки.

Но в различных типах транзисторов роль электронов и дырок различна.

Транзисторы типа n-p-n более распространены в сравнении с транзисторами типа p-n-p, так как обычно имеют лучшие параметры. Это объясняется следующим образом: основную роль в электрических процессах в транзисторах типа n-p-n играют электроны, а в транзисторах типа p-n-p—дырки. Электроны же обладают подвижностью в два-три раза большей, чем дырки.

Важно отметить, что реально площадь коллекторного перехода значительно больше площади эмиттерного пере-

хода, так как такая несимметрия значительно улучшает свойства транзистора.

Количественное своеобразие структуры транзистора. Для определенности обратимся к транзистору типа n-p-n. В основе работы биполярного транзистора лежат не какие-либо новые физические процессы, еще не рассмотренные при изучении полупроводникового диода: своеобразие транзистора определяется особенностями его конструкции.

Основными элементами транзистора являются два соединенных p-n-перехода. Это позволяет дать формаль-

сильно взаимодействуют. Это означает, что ток одного перехода сильно влияет на ток другого, и наоборот. Именно это взаимодействие радикально отличает транзистор от схемы с двумя диодами (рис. 3.34). В схеме с диодами ток

Схема с двумя диодами главную причину, а именно очень малое расстояние между переходами транзистора (от 20–30 мкм и менее). Это расстояние

называют толщиной базы. Именно эта количественная особенность структуры создает качественное своеобразие транзистора.

Вообще полезно отметить, что в электронике достаточно часто реализуется следующий способ получения устройства, обладающего новым качеством: особым образом соединяют два одинаковых, уже хорошо изучен-

ных элемента. При изучении дифференциального усилителя станет ясно, что новое качество можно получить при использовании в роли таких элементов уже самих двух транзисторов.

Основные физические процессы. Концентрация атомов примеси (и свободных электронов) в эмиттере сравнительно невелика, поэтому этот слой низкоомный. Концентрация атомов примеси (и дырок) в базе сравнительно низка, поэтому этот слой высокоомный. Концентрация атомов примеси (и свободных электронов) в коллекторе может быть как больше концентрации атомов примеси

вбазе, так и меньше ее.

Спомощью источников напряжения сместим эмиттерный переход в прямом, а коллекторный — в обратном направлении (рис. 3.35). Тогда через эмиттерный переход потечет ток iэ, который будет обеспечиваться главным образом инжекцией электронов из эмиттера в базу. Инжекция дырок из базы в эмиттер будет незначительной вследствие указанного выше различия в концентрациях атомов примесей.

Из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, через так называемое время пролета достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбинирует

вбазе с дырками. Убыль этих дырок компенсируется протеканием тока базы iб. Из изложенного следует, что iб iэ.

Рис. 3.35

Смещение эмиттерного перехода в прямом, а коллекторного — в обратном направлении

Обратное смещение коллекторного перехода способствует тому, что электроны, подошедшие к нему, захватываются электрическим полем перехода и переносятся в коллектор. В то же время это поле препятствует переходу электронов из коллектора в базу.

Ток коллектора iк лишь незначительно меньше тока эмиттера, т. е. iк ≈ iэ. Более точно:

iк = αст iэ + Iко,

где αст — так называемый статический коэффициент передачи эмиттерного тока (термин статический подчеркивает тот факт, что этот коэффициент связывает постоянные токи); Iко — так называемый обратный ток коллектора. Природа обратного тока коллектора такая же, как и у обратного тока диода, т. е. тока диода, включенного в обратном направлении. Ток Iко протекает и тогда, когда ток эмиттера равен нулю. Различают диффузионные (бездрейфовые) и дрейфовые транзисторы. В диффузионных транзисторах концентрация атомов примесей в базе примерно одинакова во всех ее частях, поэтому ионы атомов примесей не создают в базе дополнительное электрическое поле, которое влияло бы на движение носителей электричества через базу. При этом движение этих носителей проходит главным образом в форме диффузии. В дрейфовых транзисторах указанная концентрация различна в различных токах базы. Это приводит к появлению дополнительного электрического поля, которое оказывает существенное влияние на движение носителей через базу (говорят, что носители дрейфуют под действием этого поля). Дрейф ускоряет движение носителей через базу, поэтому дрейфовые транзисторы часто отличаются высоким быстродействием.

3.4.2. Характеристики и параметры

Рассмотрим характерные схемы включения транзистора и соответствующие характеристики.

Схема с общей базой. Приведенная схема включения транзистора в электрическую цепь называется схемой с общей базой, так как база является общим электродом для ис-

ционно характеризуют входными и выходными характеристиками. Для схемы с общей базой входной характеристикой называют зависимость тока iэ от напряжения uбэ при заданном напряжении uкб, т. е. зависимость вида:

iэ = f(uбэ ) uкб =const ,

где f — некоторая функция.

Входной характеристикой называют и график соответствующей зависимости (это справедливо и для других характеристик). Выходной характеристикой для схемы с общей базой называют зависимость тока iк от напряжения uкб при заданном токе iэ, т. е. зависимость вида

iк = f(uкб ) iэ =const ,

где f — некоторая функция.

Входные характеристики для схемы с общей базой.

Каждая входная характеристика в значительной степени

uкб объясняется проявлением так называемого эффекта Эрли (эффекта модуляции толщины базы). Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения uкб коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный p-n-переход). Если концентрация атомов примеси в базе меньше концентрации атомов примеси в коллекторе, то расширение коллекторного перехода осуществляется в основном за счет базы. В любом случае толщина базы уменьшается. Уменьшение толщины базы и соответствующее уменьшение ее сопротивления приводит к тому, что при неизменном токе iэ напряжение uбэ уменьшается. Как было отмечено при рассмотрении диода, при малом по модулю обратном напряжении на p-n-переходе это напряжение влияет на ширину перехода больше, чем при большом напряжении. Поэтому различные входные характеристики, соответствующие различным напряжениям uкб, независимо от типа транзистора практически сливаются, если uкб > 5 В (или даже если uкб > 2 В). Входные характеристики часто характеризуют дифференциальным сопротивлением rдиф, определяемым аналогично дифференциальному сопротивлению диода. Теперь

rдиф = duбэ u = const .

diэ кб

Выходные характеристики для схемы с общей базой.

Изобразим выходные характеристики для транзистора КТ603А (см. рис. 3.38).

Как уже отмечалось, если коллекторный переход смещен в обратном направлении (uкб >0), то ток коллектора примерно равен току эмиттера: iк ≈ iэ. Это соотношение сохраняется даже при uкб = 0 (если ток эмиттера достаточно велик), так как и в этом случае большинство электронов, инжектированных в базу, захватывается электрическим полем коллекторного перехода и переносится в коллектор.

Только если коллекторный переход смещают в прямом направлении (uкб < 0), ток коллектора становится равным нулю, так как при этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу (или дырок из базы в коллектор). Эта