ЭКЗАМЕН ЭЛЕКТРОНИКА ver2206

Если напряжения на переходах достаточно малы, то токи в нем представляют собой линейные функции, что позволяет рассмотреть транзистор как четырехполюсник. Их удобно определять с помощью измерений в схеме, создавая необходимые условия: КЗ на выходе ΔUm2 = 0 и ХХ на входе ΔI m1 = 0.

По теории 4П: U1 = U1(I1U2), I2=I2(I1,U2) т.е. H система. Um1 = h11Im1 + h12Um2

Im2 = h21Im1 + h22Um2

Выразим отсюда h параметры:

h11 = ΔUm1/ΔIm1 – входное сопротивление по току при КЗ на выходе h12 = ΔUm1/ΔUm2 – коэффициент обратной связи при ХХ на входе h21 = ΔIm2/ΔIm1 – коэффициент передачи тока при КЗ на выходе h22 = ΔIm2/ΔUm2 – выходная проводимость при ХХ на входе

3.5 Биполярный транзистор: основные формульные соотношения, транзистор с супербетой

Коэффициенты передачи тока: Thats all Ive managed to find возможно есть еще че то хз

a= ΔIВЫХ/ΔIВХ = ΔIК/ΔIЭ при UКБ = const

b= ΔIВЫХ/ΔIВХ = IК/ΔIБ при UКЭ = const

a = /(1+ )

Ток коллектора:

IК = IЭ-IБ = IЭ

Сопротивления: rвых = ΔUКЭ/ΔIK

rэ = ΔUэ/ΔIэ при Uк = const rК = ΔUК/ΔIК при UЭ = const

Транзистор с супербетой – транзистор со сверхтонкой базой, порядка 0,2-0,3 мкм. При такой ширине коэффициент усиления тока базы составляет 3000-5000 В и более Получение сверхтонкой базы очень сложный технологический процесс. По сути, эмиттерный слой

"продавливает" границу базового, но при этом он не должен быть слишком близко к коллекторному, иначе возникает эффект оттеснения.

В таких транзисторах напряжение КБ не превышает 1,5-2 В. При большем напряжении происходит смыкание эмиттерного и коллекторного переходов.

Большую бету можно также получить из пары Дарлингтона но это даже не сравнимо

3.6 Биполярный транзистор: составные транзисторы Дарлингтона и Шиклаи

Составной транзистор Дарлингтона состоит из пары биполярных транзисторов одинаковой структуры. Входы транзисторов соединены последовательно, а выходы – параллельно. Он используются для увеличения коэффициента передачи по току .

Вывод итоговой беты:

= IК/IБ

IБ = IБ1

Составной транзистор Шиклаи состоит из пары разных по типу биполярных транзисторов. Падение напряжение БЭ будет равно падению напряжения на одном транзисторе, а не на двух, как в паре Дарлингтона.

электроника Стр.21

О ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

вопроса в общем про них нет так что основные сведения напишу сюда Полевой транзистор – полупроводниковый прибор с тремя выводами: сток, исток, затвор. Между истоком и стоком в кристалле расположен канал, через который течет ток.

Канал выполняется из полупроводника одного типа: n или p. Управление током осуществляется изменением проводимости канала, зависящего от напряжения между затвором и истоком. В полевых транзисторах ток течет через канал одного типа проводимости, через p-n переходы не течет. Ток в канале образуется носителями только одного типа, так их можно разделить на n-канальные с электронной проводимостью и p-канальные с дырочной.

Основное назначение полевых транзисторов – управление током выходной цепи с помощью изменения напряжения по входной.

Взависимости от способа изменения напряжения, полевые транзисторы разделяют на 2 основных типа:

-С управляющим p-n переходом JFET

PJFET, NJFET

-С изолированным затвором MOSFET

-С индуцированным каналом

PMOS, NMOS

-Со встроенном каналом

PMOS, NMOS

Полевые транзисторы вытеснили биполярные в цифровой электронике за счет своих преимуществ:

-Высокое входное сопротивление и малое потребление энергии

-Малый размер

-Технологии производства ИС на полевых транзисторах требуют меньшего числа операций

Вообще, в полевых транзисторах исток и сток равноправны, т.е. от полярности они могут меняться местами. На этом свойстве основывается использование их в качестве ключей вместо обычных переключателей.

Полевые транзисторы широко применяются в усилителях, генераторах и радиоэлектронной аппаратуре.

3.7 Полевой транзистор со встроенным p-n переходом (JFET): общие сведения, устройство и принцип работы, типовые передаточные характеристики

В JFET управление током происходит путем изменения сечения канала за счет изменения области, занимаемой этим переходом. Управляющий переход образуется между каналом и затвором. Напряжение между затвором и истоком всегда подается обратной полярности т.е. она запирает переход, его область расширяется. Так, сужается канал, при том чем больше запирающее напряжение, тем шире переход и уже канал.

электроника Стр.22

Выходная ВАХ это зависимость тока стока от напряжения сток-исток при фиксированном напряжении затвор-исток. В отличие от биполярного, полевой транзистор можно описать непосредственной зависимостью выходного IС от входного управляющего напржения UЗИ. Такая характеристика называется передаточной или стокозатворной. Она изменяется в зависимости от температуры. Напряжение при котором канал полностью закрыт – напряжение отсечки. Управляющее действие затвора характеризуется крутизной передаточной характеристики: S = IС/ UЗИ при UСИ = const.

Т.к. управляющий переход всегда заперт, то у полевых транзисторов практически отсутствует входной ток, потому они имеют высокое входное сопротивление и не потребляют мощности от источника управляющего сигнала. Это свойство в общем относится ко всем полевым транзисторам.

О MOSFET ТРАНЗИСТОРАХ

В MOSFET нет контакта между каналом и затвором. Здесь, затвор – тонкая пленка металла, изолированная от полупроводника. В зависимости от вида изоляции различают МДП (металл-диэлектрик- полупроводник) и МОП (металл-оксид-полупроводник).

Исток и сток формируются в виде сильно легированных областей, за счет этого они имеют высокую концентрацию. Каналы могут быть встроенными (созданными производителем) и индуцированными (наводящимися напряжением, приложенным к затвору).

МОП транзисторы являются основой современных средств вычислительной техники, включая микропроцессоры, микроконтроллеры, полупроводниковую память.

3.8 Полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET) с индуцированным каналом: общие сведения, устройство и принцип работы, типовые передаточные характеристики

Этот вид транзистора отличается тем, что при отсутствии напряжения на затворе канал отсутствует, т.к. n- области истока и стока образуют с p-подложкой 2 перехода, включенные навстречу друг другу, т.е. при любой полярности напряжения СИ один из них заперт.

Если подать напряжение больше порогового, то созданное им электрическое поле вытягивает электроны из n+-областей, образуя тонкий слой n-типа в приповерхностной области подложки. Так, получается канал n-типа, управляемый положительным напряжением ЗИ (±0,2В).

P-МОП работают аналогично но пороговое напряжение у них сильно больше (±2В), а т.к. носители там дырки, то полярности всех напряжений в них противоположны.

Как и биполярные транзисторы их можно включать по схемам ОЗ, ОИ, ОС. Обычно используют ОИ, т.к. она

позволяет получить значительные коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности.

электроника Стр.23

3.9 Полевой транзистор с изолированным затвором (MOSFET) со встроенным каналом: общие сведения, устройство и принцип работы, типовые передаточные характеристики

Встроенный канал соединяет исток и сток. Эти области образованы на подложке. В общем, можно сказать, что в таких транзисторах не 3, а 4 вывода, если считать подложку. Однако ее часто соединяют с истоком, так что не считается.

В зависимости от полярности напряжения ЗИ, в канале изменяется концентрация основных носителей. При отрицательном напряжении они выталкиваются из канала в + области, канал обедняется и ток стока снижается. При положительном их втягивает, канал насыщается и ток возрастает.

Так, напряжение для этого затвора может иметь любую полярность, что отражено на передаточной характеристике:

4 СХЕМОТЕХНИКА. ДИСКРЕТНЫЕ КОМПОНЕНТЫ

4.1 СХЕМА ОДНОФАЗНОГО ОДНОПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ. Назначение и особенности применения. Принцип работы. Интеграл средневыпрямленного выходного напряжения

Выпрямитель – устройство, предназначенное для преобразования переменного напряжения в постоянное. Основное его назначение – сохранение направления тока в нагрузке при изменении

полярности напряжения, приложенного ко входу выпрямителя.

Однофазный однополупериодный выпрямитель пропускает на выход только одну половину питающего напряжения. Ток нагрузки через диод проходит в нагрузку только в положительные полупериоды

напряжения U2, т.к. в отрицательные оно запирает диод.

электроника Стр.24

Среднее значение на выходе вычисляется как:

Где Um – амплитуда напряжения на вторичной обмотке трансформатора T – период входного напряжения

– круговая частота = 2 /T

4.2 СХЕМА ОДНОФАЗНОГО ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ. Назначение особенности применения. Принцип работы. Интеграл средневыпрямленного выходного напряжения

Схема двухполупериодного выпрямителя (схема Греца) состоит из 4 диодов, включенных по мостовой схеме.

Напряжение U2 в положительный полупериод открывает диоды 1 и 3 и от точки А к точке В по цепи VD1- Rн-VD3 протекает тока нагрузки. При том диоды 2 и 4 заперты. В отрицательный полупериод напряжение U2 открывает диоды 2 и 4 и ток нагрузки течет от B к А по цепи VD2-Rн-VD4.

Среднее значение на выходе вычисляется как: 2 /

4.3 СХЕМА ДВУХФАЗНОГО ДВУХПОЛУПЕРИОДНОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ. Назначение особенности применения. Принцип работы. Интеграл средневыпрямленного выходного напряжения

Состоит из двух параллельно соединенных однофазных выпрямителей, которые питаются от двух половин вторичной обмотки трансформатора. В результате работы создаются два противофазных напряжения.

Эта схема эффективно использует ресурсы трансформатора. Среднее значение напряжения на выходе равно вых = 2 / , т.к. период сигнала на выходе в два раза меньше чем у однополупериодного. По сути, считается по той же формуле.

электроника Стр.25

4.4 СХЕМА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НА СТАБИЛИТРОНЕ. Коэффициент стабилизации. Назначение и особенности применения. Принцип работы

Параметрический стабилизатор – устройство, в котором выходное напряжение или ток поддерживается

на уровне заданного значения за счет нелинейных свойств его элементов.

В этой схеме стабильность выходного напряжения определяется параметрами стабилитрона. Колебания входного напряжения или тока нагрузки приводят к изменению тока через стабилитрон, при том напряжение изменяется не значительно.

Лавинный ток для типового стабилитрона ±10мА, потому вместе с ним последовательно включают балластный резистор. Если лавинному току соответствует мощность не превышающая предельного значения, то работать схема может бесконечно долго. Для большинства такая мощность составляет от 100мВт до 8Вт.

Основными электрическими параметрами стабилитрона являются:

-Uст – напряжение стабилизации

-Iст.макс - максимальный ток стабилитрона

-Iст.мин - минимальный ток стабилитрона

-Rд - дифференциальное сопротивление

Вобщем случае, коэффициент стабилизации считается как:

Но на практике обычно используется:

Где, — сопротивление балластного резистора

—дифференциальное сопротивление стабилитрона в рабочей точке

—сопротивление нагрузки

4.5СХЕМА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НА СТАБИСТОРЕ. Назначение и особенности применения. Принцип работы

Стабилитроны производят напряжение более 3В. Если необходимо работать с меньшим напряжением используют схему на стабисторе. К стабистору также подключают балластный резистор, т.к. при большой температуре ВАХ сильно смещается.

Основные параметры и т.п. соответствуют таковым стабилизатора на стабилитроне (наверное).

4.6 СХЕМА ПАРАМЕТРИЧЕСКОГО СТАБИЛИЗАТОРА НА СТАБИЛИТРОНЕ И ТРАНЗИСТОРЕ. Назначение и особенности применения. Принцип работы. Преимущества относительно схемы без применения транзистора

Чтобы создать значительный ток нагрузки и снизить его влияние на стабильность, к схеме на стабилитроне

добавляют транзистор, включенный по схеме эмиттерного повторителя.

Стабилитрон и балластный резистор создает на базе стабильное напряжение, ток нагрузки течет через КЭ

электроника Стр.26

и равен Iн = Iб*h21Э.

Так, ток нагрузки определяется как Ін = (Іст - Іст.мин)*h21э. При расчетах выходного напряжения стоит учитывать падение на транзисторе порядка 0,7В.

Такая схема имеет больший коэффициент усиления и ток нагрузки, значительно больший КПД и меньшее входное сопротивление по сравнению со схемой без транзистора.

4.7 СХЕМА С ОБЩИМ КОЛЛЕКТОРОМ (эмиттерный повторитель). Назначение и особенности применения. Преимущества и недостатки. Преобразование импедансов, формулы для входного и выходного сопротивлений

Всхеме с общим коллектором нагрузка включена не в цепь коллектора, а в цепь эмиттера. Входное напряжение – напряжение базы, выходное – коллектора.

ВОК нет усиления по напряжению. Напряжение выхода отличается от входа на падение напряжения БЭ, которое при открытом транзисторе незначительно. Если входное напряжение увеличиться, то сначала произойдет увеличение управляющего напряжения БЭ, а потом с ростом тока увеличится напряжение на нагрузке, что приведет к уменьшению управляющего напряжения. Т.е. выходное точно повторяет входное напряжение. Так, схема ОК также называется эмиттерным повторителем.

Не инвертирует фазу.

Коэффициент усиления: Ki = +1, Kp =

Достоинства:

-Широкий частотный диапазон

-Высокое входное сопротивление

-Низкое выходное сопротивление

Недостатки:

-Нет усиления по напряжению на сколько это вообще можно назвать недостатком?

Эта схема применяется для согласования источника с высоким импедансом с низкоомной нагрузкой. Высокое входное напряжение минимизирует влияние на сигнал, а низкое выходное позволяет подключать низкоомную нагрузку.

4.8 СХЕМА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ. Назначение и особенности применения. Преимущества и недостатки

При включении по схеме с ОЭ входной сигнал подается на базу, а выходное напряжения находится на коллекторе. При этом выходной сигнал инвертируется, т.е. между входным и выходным напряжением

электроника Стр.27

есть фазовый сдвиг в 180.

Основное преимущество этой схемы – способность получать наибольшее усиление по мощности, усиливая и ток и напряжение.

Недостаток этой схемы – ОЭ не подходит для работы с высокочастотными сигналами из-за эффекта Миллера. Эффект Миллера увеличение эквивалентной емкости инвертирующего усилительного элемента, обусловленное обратной связью с выхода на вход. В схемах с ОЭ, он приводит к значительному увеличению эффективной емкости, при том ухудшаются динамические свойства каскада. Этот эффект можно ослабить схемотехнически

Ki = Iк/Iб = , сильно больше чем ОБ.

Ku = Uкэ/Uбэ, аналогично ОБ.

4.9 СХЕМА С ОБЩЕЙ БАЗОЙ. Назначение и особенности применения. Преимущества и недостатки

Входной сигнал подается на эмиттер, выходное напряжение находится на коллекторе. Входное напряжение ЭБ является управляющим, потому небольшое его изменение приводит к большому изменению тока эмиттера.

Достоинства:

-Широкий частотный диапазон

-Коэффициент усиления по напряжению как у ОЭ Недостатки:

-Усиление по току меньше единицы

-Низкое входное сопротивление

Ki = Iк/Iэ = чуть меньше единицы

Ku = Uкб/Uэб как у ОЭ

5 УСИЛИТЕЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

5.1 РАБОЧАЯ ТОЧКА КАСКАДА НА ТРАНЗИСТОРЕ. Факторы, влияющие на положение рабочей точки. Варианты установки рабочей точки. Стабилизация рабочей точки. Термокомпенсация. Коллекторная стабилизация. Эмиттерная стабилизация

Для того, чтобы транзистор выполнял роль усилителя, он должен быть поставлен в соответствующий режим по постоянному току.

При подаче напряжения смещения определяется рабочая точка по входной характеристике, т.е.

электроника Стр.28

определяется начальный ток коллектора. При подаче входного сигнала напряжение управляющего

перехода изменяется и рабочая точка движется, определяя своими проекциями амплитуды переменной составляющей тока базы.

Входная характеристика транзистора не линейная, благодаря чему ее крутизна отличается на различных участках, потому если выбрать другую рабочую точку то один и тот же сигнал может вызвать ток другой амплитуды.

Факторы влияющие на выбор рабочей точки:

-Температура. Повышается ток коллектора, падает напряжение БЭ и растет коэффициент передачи

-Напряжение питания

-Сопротивление нагрузки (оно влияет на выходные параметры)

-Состояние транзистора

Варианты установки:

В процессе работы положение РТ изменяется из за дестабилизирующих факторов, главные из которых: температура и износ транзистора. Основные способы стабилизации РТ: термокомпенсация и термостабилизация.

Термокомпенсация. Рабочая точка задана методом фиксированного напряжения. Вместо R2 применяется терморезистор с отрицательным температурным коэффициентом, т.е. Т↑R↓.

С ростом температуры возрастает покоя ток коллектора I0. Но с ростом температуры снижается

сопротивление R2, т.е. уменьшается ток базы. Т.к. Iк = Iб*β + Iк0, то ток коллектора будет изменятся

меньше.

На практике вместо терморезистора обычно используют стабилитрон. Диод с ростом температуры выдает меньшее напряжение.

Термостабилизация.

Коллекторная. Коллекторное напряжение подается на базу, притом коллекторное напряжение в противофазе со входным сигналом, получается отрицательная обратная связь.

При повышении температуры повышается ток покоя коллектора, возрастает напряжение на резисторе Rk, падает напряжение покоя коллектора, падает ток покоя базы и падает ток покоя коллектора.

Схема простая, но происходит снижения коэффициента усиления из-за ОС. Этот способ подходит для

температур порядка 20±30 градусов С.

электроника Стр.29

Эмиттерная. Для организации ООС в эмиттерную цепь введен резистор. Этот резистор – датчик изменения коллекторного тока.

При повышении температуры возрастает ток покоя коллектора, ток покоя эмиттера, возрастает напряжение на резисторе-датчике, падает напряжение покоя база-эмиттер, падает ток базы, падает

ток покоя коллектора.

Эффективность методы тем выше, чем больше сопротивление эмиттерной цепи, но с ростом стабильности падает КПД. Этот метод позволяет работать с 70±100 градусами С.

5.2 Нелинейные искажения. Причины появления, способы уменьшения искажений.

Нелинейные искажения – изменение формы выходного сигнала относительно формы входного. Такие изменения обусловлены нелинейностью входных и выходных характеристик транзисторов. Искажения

приводят к появлению паразитных высших гармони.

По сути, искажения возникают при больших сигналах, которые не умещаются в линейную часть ВАХ. Степень искажений оценивается коэффициентом нелинейных искажений по сквозным характеристикам каскада, т.е. зависимости выходного тока от входного напряжения.

электроника Стр.30