- •ГОУ ВПО «СибГУТИ» УрТИСИ
- •Дисциплина учебного плана
- •Область науки и техники, занимающаяся разработкой методов создания электронных приборов и устройств, которые
- •Лекция 1 Введение
- •Цель обучения
- •В результате изучения дисциплины студенты должны:
- •Методическое обеспечение курса
- •Литература
- •Литература
- •Место дисциплины Электроника в учебном плане
- •Специальные диоды
- •Специальные диоды
- •Специальные диоды
- •Специальные диоды
- •Специальные диоды
- •Специальные диоды
- •стабилитроны
- •2.17 Классификация и система
- •2-й элемент – буква – подкласс прибора:
- •3-й элемент – число – основные функциональные возможности прибора:
- •Классификация и система обозначений диодов
- •Диодная сборка
- •Тема 3. Биполярные транзисторы
- •Транзисторы
- •Биполярные транзисторы (далее транзисторы)
- •Физические процессы в транзисторе Транзисторы
- •Физические процессы в транзисторе Транзисторы
- •Транзисторы
- •Транзисторы
- •Транзисторы
- •Транзисторы
- •3.3 Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ)
- •3.3 Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ)
- •Модель Эберса-Молла
- •Транзисторы
- •Транзисторы
- •Транзисторы
- •Транзисторы
- •ВАХ схемы общий эмиттер
- •Параметры транзистора
- •Биполярные транзисторы
- •3.5 Инерционные свойства транзисторов
- •Инерционные свойства транзисторов
- •Нарастание тока коллектора происходит в течение
- •За одну постоянную времени τ экспонента нарастает до уровня 0,63·∆Iк.
- •3.6 Шумы транзистора
- •Шумы транзистора
- •3.7 Влияние изменения температуры на ВАХ
- •Влияние температуры
- •3.8Предельные режимы работы транзистора
- •3.9Классификация и система обозначений
- •Классификация и система обозначений
- •Классификация и система обозначений
- •Классификация и система обозначений
- •система обозначений
- •Транзисторы
- •Биполярные транзисторы
- •Эквивалентные схемы замещения транзисторов
- •физическая Т-образная эквивалентная схема
- •Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий
- •физическая Т-образная эквивалентная схема
- •Эквивалентная схема составлена для постоянного тока. Схему можно распространить и для переменного тока,
- •rэ - дифференциальное сопротивление перехода Э-Б, включенного в прямом направлении.
- •Наличие в схеме реактивного элемента в виде емкости говорит о том, что в
- •Параметры эквивалентной схемы:
- •Генератор тока В·Iб можно заменить генератором напряжения на основании теоремы об эквивалентном генераторе.
- •физическая Т-образная эквивалентная схема
- •Вид транзистора КТ908А
- •Биполярные транзисторы
- •Транзистор как линейный четырехполюсник
- •Транзистор как линейный четырехполюсник
- •Представим четырехполюсник в виде системы линейных дифференциальных уравнений.
- •Введем параметры.
- •Запишем систему уравнений четырехполюсника
- •Упростим электрическую схему четырехполюсника
- •Найдем связь между параметрами
- •связь между параметрами
- •Способы получения h- параметров
- •Способы получения h- параметров с помощью вольт-амперных характеристик.
- •Получение h- параметров с помощью вольт-амперных характеристик
- •h- параметры
- •Первый отечественный транзистор П1
- •Тема 4. Полевые транзисторы
- •полевые транзисторы
- •4.1 Классификация ПТ
- •Классификация ПТ
- •Классификация ПТ
- •4.2 Принцип работы ПТ
- •Электрод, через который в канал втекают носители тока называется исток (и).
- •Принцип работы ПТ
- •Принцип работы ПТ
- •Принцип работы ПТ
- •4.3 Вольт-амперные характеристики ПТ
- •4.3 Вольт-амперные характеристики ПТ
- •Вольт-амперные характеристики ПТ
- •4.4Параметры ПТ
- •Параметры ПТ
- •Возможны три схемы включения полевого
- •4.5Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •Особенность транзисторов данного типа – очень высокое входное сопротивление, поскольку управляющий затвор отделен
- •МДП транзистор со встроенным каналом
- •Встроенный канал
- •МДП транзисторы с индуцированным каналом
- •МДП транзисторы с индуцированным каналом
- •МЕП транзисторы
- •МЕП - транзисторы (металл-полупроводник)
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором
- •4.6 Ячейка памяти на основе МОП-транзистора
- •Ячейка памяти на основе МОП-транзистора
- •ячейка флэш-памяти
- •ячейка флэш-памяти
- •4.7 Модели полевого транзистора
- •Модели полевого транзистора
- •Модели полевого транзистора
- •4.8 Классификация и система обозначений
- •Система обозначений полевого транзистора
- •5.1 Тиристоры
- •Тиристоры
- •5.2 Устройство тиристора
- •Контакт к внешнему p-слою называют анодом, а к внешнему n-слою - катодом. Внутренние
- •Рассмотрим физические процессы в тиристоре, для чего представим его в виде двух биполярных
- •На физические процессы в тиристоре основное влияние оказывают два фактора:
- •5.3 Динистор
- •динистор
- •динистор
- •динистор
- •динистор
- •динистор
- •динистор Динисторы применяются в быстродействующих системах защиты схем, нагрузки от перенапряжения.
- •5.4 Тиристор
- •Тиристоры
- •5.5Симисторы
- •Симисторы
- •Симисторы
- •5.6Классификация и система обозначений
- •Классификация и система обозначений
- •Графическое обозначение тиристоров
- •5.7 Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •Применение тиристоров
- •тиристоры
- •Тема 6. Усилительный каскад на транзисторе
- •Усилители
- •Усилители
- •Усилители
- •Усилители
- •Усилители
- •Усилители
- •Усилители Графическое представление амплитудной характеристики
- •6.2Включение транзистора
- •Включение транзистора в схему усилительного каскада
- •Режим работы транзистора
- •Режим работы транзистора
- •Режим работы транзистора
- •Режим работы транзистора
- •Режим работы транзистора
- •Режим работы транзистора
- •Режим работы транзистора
- •Начальный режим работы транзистора
- •Начальный режим работы транзистора
- •Начальный режим работы транзистора
- •Начальный режим работы транзистора
- •Ячейка усилителя на электронных лампах. Вверху виден усилитель в интегральном исполнении,
- •6.3 Методы стабилизации положения РТ
- •Как отмечалось ранее с повышением температуры транзистора его параметры изменяются таким образом, что
- •С повышением температуры транзистора его ток базы увеличивается, ток коллектора также увеличивается на
- •Схема с эмиттерной стабилизацией
- •эмиттерная стабилизация положения РТ
- •эмиттерная стабилизация положения РТ
- •коллекторная стабилизация положения РТ
- •коллекторная стабилизация положения РТ
- •Термокомпенсация положения РТ
- •Термостабилизация
- •Методы стабилизации положения РТ могут применяться совместно и не противоречат друг другу.
- •6.4 Прохождение сигнала через усилительный каскад
- •Подключим ко входу усилителя источник
- •Под действием этих напряжений в цепи базы потечет
- •Входная цепь усилительного каскада или цепь базы транзистора
- •Коллекторная цепь транзистора В коллекторной цепи также течет ток
- •Коллекторная цепь транзистора
- •Коллекторная цепь транзистора
- •Из построения видно:
- •Из построения видно:
- •Из построения следует: амплитудное значение напряжения сигнала равно 10 мВ, амплитудное значение напряжения
- •6.5 Усилительный каскад
- •Усилительный каскад. Назначение элементов
- •Усилительный каскад. Назначение элементов
- •Сопротивление Rэ обеспечивает обратную связь,
- •Усилитель в интегральном исполнении
- •6.6 Параметры усилительного каскада
- •6.6.1 Каскад ОЭ
- •Каскад ОЭ
- •Каскад ОЭ
- •Каскад ОЭ
- •Каскад ОЭ
- •Параметры каскада ОЭ
- •Преобразуем схему согласно условиям
- •Определим параметры каскада
- •параметры каскада
- •Оценим значения параметров
- •6.6.2 Каскад ОБ
- •Эквивалентная схема
- •Параметры усилительного каскада ОБ
- •Параметры усилительного каскада ОБ
- •6.6.3 Каскад ОК
- •Эквивалентная схема
- •Параметры каскада ОК
- •Параметры каскада ОК
- •Таким образом, каскад ОК имеет следующие
- •Параметры каскада ОК
- •Параметры каскада ОК
- •6.7 Методы улучшения параметров каскадов
- •Анализ параметров каскадов
- •Эмиттерный повторитель на составном транзисторе схема Дарлигтона
- •Эмиттерный повторитель на составном транзисторе схема Шиклаи
- •Параметры каскада ОК
- •Параметры каскада ОК
- •Параметры каскада ОК
- •Источник тока
- •Параметры каскада ОК
- •Параметры каскада ОК
- •Параметры каскада ОК
- •Источник напряжения
- •Пример источника напряжения
- •Подключение каскада ОК
- •Параметры каскада
- •Каскад ГСТ
- •Каскад ГСТ
- •Схема «токовое зеркало»
- •Транзистор 2 охвачен 100%-ной обратной связью, т.к. его выход (вывод коллектора) соединен с
- •Каскад ГСТ
- •Усилительный каскад с ГСТ ГСТ включим в коллекторную цепь усилительного
- •Каскад ГСТ
- •Каскад ГСТ
- •Каскад с ГСТ
- •Каскад с ГСТ
- •Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХ
- •Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХ
- •Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХ
- •Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХ
- •Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХ
- •Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХ
- •Ограничитель напряжения со стабилитроном КС147А
- •На прямой ветви до напряжения 0,6 В диод закрыт. Его сопротивление много больше
- •Образуется делитель напряжения R – rд.
- •На обратной ветви до напряжения Uст стабилитрон также закрыт, его сопротивление много больше
- •Поменяем местами диод и стабилитрон
- •Ограничитель напряжения со стабилитроном КС147А
- •Применение выпрямительных диодов
- •Применение выпрямительного диода
- •Применение выпрямительного диода
- •Применение выпрямительного диода
- •Кристалл интегральной микросхемы
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Бескорпусные транзисторы
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Второй уровень - структурная схема.
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Основы микроэлектроники
- •Кристалл интегральной микросхемы
- •Конструктивно-технологические типы ИМС
- •Конструктивно-технологические типы ИМС
- •Конструктивно-технологические типы микросхем
- •Конструктивно-технологические типы микросхем
- •Конструктивно-технологические типы микросхем
- •Конструктивно-технологические типы микросхем
- •Конструктивно-технологические типы микросхем
- •2. Технологические основы микроэлектроники
- •2. Технологические основы микроэлектроники
- •2. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
- •Технологический цикл разделяют на два больших этапа – обработки пластин и сборочно-контрольной.
- •Технологические приемы создания микросхем
- •Технологические приемы создания микросхем
- •Диффузия примесей – технологическая операция легирования – введение примесей в пластину или эпитаксиальную
- •Основной механизм проникновения примесного атома в кристаллическую решетку состоит в последовательном перемещении по
- •Диффузия
- •Ионное легирование – технологическая операция введения примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной
- •Ионное легирование
- •Ионное легирование позволяет создавать слои с субмикронными горизонтальными размерами толщиной менее 0,1 мкм
- •Термическое окисление
- •Термическое окисление
- •Если после окисления удалить маску нитрида и провести неглубокое легирование донорами, то получим
- •Травление
- •Травление. Удаление участка двуокиси кремния.
- •Литография
- •После локальной засветки растворяются и удаляются незасвеченные участки.
- •Свет Литография
- •Литография
- •3.БИПОЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ
- •3.1 Структура эпитаксиально-планарного транзистора
- •Структура эпитаксиально-планарного транзистора
- •МНОГОЭМИТТЕРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
- •ТРАНЗИСТОРЫ С ДИОДОМ ШОТКИ
- •РЕЗИСТОРЫ
- •КОНДЕНСАТОРЫ Структура МДП-конденсатора может быть следующей.
- ••При создании интегральной схемы памяти МОП -транзисторы с плавающим затвором очень
- ••Еще большее увеличение информационной емкости может быть достигнуто тем, что каждая ячейка памяти
- •Литература
- •Литература
- •Бескорпусной транзистор с упаковкой
- •Электроваккумные приборы
- •Мощный генераторный триод с радиатором
- •Электровакуумный пентод
- •Микросхемы памяти и транзисторы
Параметры каскада
Для увеличения Кuэ необходимо уменьшать Rвх.
Но Rвх = h11э это свойство выбранного транзистора. h11 = rб +(В+1)·rэ гэ = φт/IЭ.
h11 = rб +(В+1)·(φт/IЭ).
Таким образом, для уменьшения h11э можно увеличить ток эмиттера (коллектора).
371
Каскад ГСТ
Генератор стабильного тока ГСТ – электронное устройство, имеющее большое внутреннее сопротивление для переменного тока и малое для постоянного.
Они относятся к управляемым источникам тока
В интегральной схемотехнике в качестве ГСТ используются схемы «Токовое зеркало».
о
Каскад ГСТ
При использовании транзистора в качестве ГСТ следует помнить о следующем:
1. Выходное сопротивление транзистора со стороны коллектора RВЫХ ≈ RК.
2. Выходное сопротивление транзистора со
стороны эмиттера R |
|
≈ r |
э. |
т.е |
R |
ВЫХ>> r |
|
||
К |
э |
|
||
Чтобы источник тока был ближе к идеальному, необходимо, чтобы ток втекал в коллекторную цепь или вытекал из нее.
о
Схема «токовое зеркало»
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
VT1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
R3 |
||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uвых |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
VT2
VT3
R1 R2
Транзистор VT1 – рабочий, включенный по схеме ОК. Вместо сопротивления Rэ включен транзистор VT2, работающий в режиме ГСТ Режим транзистора VT2 по постоянному току задается делителем напряжения R3, VT3, R2.
В данном случае ток втекает в ГСТ.
374
Транзистор 2 охвачен 100%-ной обратной связью, т.к. его выход (вывод коллектора) соединен с входом (вывод базы). Этот транзистор включен диодом. Ток, протекающий в цепи базы, приблизительно в h21э раз меньше
тока в цепи коллектора:
IK1 ≈ h21э1IБ1
Если транзистор 3, эмиттерный переход которого подключен параллельно эмиттерному переходу транзистора 2, имеет полностью идентичные характеристики, то в цепи его базы потечет ток IБ2 = IБ1 .
Соответственно равны и токи коллектора IК1 =IК2
375
Каскад ГСТ
ГСТ можно включить в коллекторную цепь усилительного транзистора VT1.
В данном случае ток вытекает из токостабилизирующего транзистора VT2.
Напряжение на базе VT2 застабилизировано делителем, поэтому транзистор включен по схеме ОБ.
При такой схеме включения дифференциальное сопротивление коллекторной цепи rк составляет
сотни килоом.
376
Усилительный каскад с ГСТ ГСТ включим в коллекторную цепь усилительного
транзистора VT1.
|
|
R1 |
R2 |
+ |
|
|
|
Еп |
|||
|
|
|
|
||
|
|
VT2 |
|
VT3 |
|
|
Rб1 |
|
|
||
|
|
|
R3 |
||
iвх |
|
iк |
С2 |
|
|
С1 |
VT1 |
|
iн |
||
|
|
|
|
||
|
iб |
э |
Сэ |
Uвых = Uн |
|
Ес |
Rб2 |
Rн |
|||
R |
|
||||
~ |
Uвх |
|
|
||
|
|
|
377
Каскад ГСТ
Но транзистор VT2 является коллекторной нагрузкой усилительного транзистора VT1.
Rк//Rн
Кuэ = В Rвх
Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что усилительный каскад с резистивной коллекторной нагрузкой может иметь коэффициент усиления KUэ в пределах 120 – 150, динамическая нагрузка – ГСТ
– увеличивает коэффициент усиления до 2500.
о
Каскад ГСТ
Rк//Rн
Кuэ = В Rвх
Этот эффект возможен в случае, если
Rн >> Rк.
Для согласования с низкоомной нагрузкой необходимо включать каскад ОК.
о
Каскад с ГСТ
Видим, что для организации ГСТ необходимо несколько разнородных элементов в том числе – резисторы, изготовление которых достаточно сложное в интегральной технологии.
Кроме того, ГСТ потребляет дополнительную энергию от источника питания.
Все это привело к разработке ГСТ на основе полевого транзистора со встроенным каналом.
У этого транзистора при Uзи = 0 протекает начальный ток канала.
о