8.4 Транзисторы

8.4.1 Общие сведения.

Транзисторы (Т) – полупроводниковые приборы, служащие для уси-ления мощности электрических сигналов. По принципу действия транзи-сторы делятся на биполярные и полевые (униполярные). б)а)ЭЭЭЭККККББББрnрnnp

Рисунок 8.5 – Структура биполярного транзистора типов pnp−− (а), npn−− (б) и их условное обозначение

Биполярный транзистор (БТ) – представляет собой трехслойную структуру (рисунок 8.5) В зависимости от способа чередования слоев БТ 171

называются транзисторами типа pnp−− или типа npn−− (рису- нок 8.5,а, б).

Транзистор называется биполярным, если физические процессы в нем связаны с движением носителей обоих знаков (свободных электронов и дырок).

В биполярном транзисторе средний слой называется базой (Б), один крайний слой – коллектором (К), а другой крайний слой – эмиттером (Э). Каждый слой имеет свой вывод, с помощью которых биполярный транзи-стор подключается в цепь.

Структура и условное обозначение одного из видов полевых транзи-сторов показана на рисунке 8.6. У полевых транзисторов так же, как и у биполярных – три электрода, называемые истоком, стоком и затвором.

Истоком (И) называется электрод, из которого в центральную об-ласть ПТ (канал) входят основные носители заряда или np-типов.

Сток (С) – электрод, через который основные носители уходят из канала.

Затвор (З) – электрод, управляющий потоком носителей заряда.

Поскольку в полевом транзисторе ток определяется движением но-сителей только одного знака p или -типов, эти транзисторы называют также униполярными. nб)а)ИИССЗЗр-областьn-область (затвор)

Рисунок 8.6 – Структура (а) и условное обозначение полевого транзистора с каналом p-типа

8.4.2 Усилители на транзисторах.

Усиление электрических сигналов необходимо при приеме радио-сигналов, контроле и автоматизации технологических процессов, при из-мерении электрических и неэлектрических величин и т.д.

Простейшим усилителем является усилительный каскад (рису- нок 8.7), содержащий нелинейный управляемый элемент УЭ, как правило биполярный или полевой транзистор, резистор R и источник электриче-ской энергии E.

Усилительный каскад имеет входную цепь, к которой подводится входное напряжение (усиливаемый сигнал) и выходную цепь, с кото-рой снимается выходное напряжение U (усиленный сигнал). вхUвых

172

Усиленный сигнал имеет значительно большую мощность по срав-нению с входным сигналом. Увеличение мощности сигнала происходит за счет источника электрической энергии. Процесс усиления осуществляется посредством изменения сопротивления управляемого элемента, а, следова-тельно, и тока в выходной цепи, под воздействием входного напряжения или тока. выxвыxвxuiuREУЭ

Рисунок 8.7 – Структурная схема усилительного каскада

Выходное напряжение снимается с управляемого элемента или рези-стора R. Таким образом, усиление основано на преобразовании электриче-ской энергии источника постоянной ЭДС E в энергию выходного сигнала за счет изменения сопротивления управляемого элемента по закону, зада-ваемому входным сигналом.

Основными параметрами усилительного каскада являются:

- коэффициент усиления по напряжению вхвыхuUUК=;

- коэффициент усиления по току вхвыхiIIК=;

- коэффициент усиления по мощности iuвхвхвыхвыхвхвыхpKKIUIUPPК⋅=⋅⋅==.

Усилительный каскад имеет коэффициент усиления по напряжению , равный нескольким десяткам. uК

Для получения больших значений , достигающих многих тысяч и более, используют многокаскадные усилители, в которых каждый после-дующий каскад подсоединен к выходу предыдущего (рисунок 8.8). uК

173

вxвxвx nвыxвыxвыx nu=uuuuuKKK12n1221

Рисунок 8.8 – Структурная схема многокаскадного усилителя

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя nвхвыхnUK...KKUUК⋅⋅⋅==211,

где – коэффициенты усиления первого, второго и -го каскада. nК,...,К,К21n