Васильев Л.А. - Конспект лекций
.pdf
21
Схема с общей базой (токовый повторитель)
Iэ Iк
Ιm к ki Ιm э
|
Uвх |
|
VT |
|
|
|
Iб |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E1 |
E2 |
|
|
+ |
- |
+ |
- |
1; |
Rвх очень мало. |
|
|
|
Rн
Uвых
Ограниченное применение.
Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель)
|
|
Iк |
Iб |
|
|
|
|
VT |
|
|
Rн |
Uвх |
Iэ |
Uвых |
E1 |
|
E 2 |
- |
+ |
+ - |
Особенность – глубокая отрицательная обратная связь:
|
|
|
|
|
Um бэ = Um вх – Um вых |
|||
k |
|
|
Um вых |
Um вых |
; |
ki ≤ β + 1. |
||
u |
|
|
|
|
1 |
|||
|
|
|||||||
|
|
Um вх |
Um бэ Um вых |
|
|
|||
Свойства: φвых = φвх; большое Rвх (сотни кОм), малое Rвых (десятки Ом), малые температурные и частотные искажения.
Применение: согласование усилительных каскадов, выходные каскады усиления мощности.
22
3.5ВАХ транзистора
входные ВАХ (относятся к прямо смещенному ЭП);
выходные ВАХ (относятся к обратно смещенному КП).
Входные ВАХ для схемы ОЭ: Iб = f(Uбэ) при Uкэ = const
|
Iб |
|
|
Uкэ = 0 |
|
|
Uкэ = 10 В |
|
|
Uбэ |
|
|
0 |
|
Выходные ВАХ : Iк = f(Uкэ) при Iб = const |
|
|
Iк |
Iб5 |
|
|
|
|
|
Iб4 |
|
|
Iб3 |
|
|
Iб2 |
|
|
Iб1 |
|
|
I б=0 |
|
0 |
Iкэ0 |
Uкэ |
3.6Основные параметры транзистора
первичные (собственные) параметры
α и β, rэ, rк , rб
(не зависят от схемы включения транзистора);
23
вторичные параметры (зависят от схемы включения).
Система h-параметров:
Uвх = h11 Iвх + h12Uвых
Iвых = h21 Iвх + h22 Uвых
h11 = Uвх /Iвх – входное сопротивление транзистора по переменному току при Uвых=0;
h12 = Uвх /Uвых – коэффициент обратной связи по напряжению
при Iвх=0;
h21 = Iвых /Iвх – коэффициент усиления по току при Uвых=0 (в схеме ОЭ h21 = β);
h22 = Iвых /Uвых – выходная проводимость при Iвх=0.
3.7Температурные и частотные свойства
При Т ↑ |
► iк0↑ вдвое на каждые 10 ºС, iкэ0↑, все токи ↑ |
||
При f ↑ |
► 1) |
Хс↓, емкость шунтирует rк, |
α ↓, β↓ ; |
|
2) |
iк отстает по фазе от iэ, iб ↑, |
β↓. |
Взависимости от fгр (при которой β = 1):
низкочастотные (до 3 МГц);
среднечастотные (до 30 МГц);
высокочастотные (до 300 МГц);
СВЧ (свыше 300 МГц).
Предельная частота усиления в схеме ОЭ: fβ = fгр / h21э.
3.8Мощные биполярные транзисторы
Силовые транзисторы: Iк от10 до 630 А и Uкэ до 1200 В.
(эмиттерная область – из многих параллельных участков с небольшой площадью перехода).
Недостаток: β ≤ 10.
24
Для ключевых схем – составные |
|
|
К |
||
транзисторы (Дарлингтона): |
|
Б |
|
||
|
|
|
|
|
|
Коэффициент передачи составного |
|
T1 |
T2 |
||
транзистора |
β = β1 β2 . |
|
|
||
|
|
Э |
|||
3.9 |
Область безопасной |
|
|
||
|
|
|
|||
|
работы и защита |
|
|
|
|
Рабочая точка транзистора должна быть внутри ОБР: |
|
||||
|
Iк |
ограничение по допустимому Iк max |
|
||
|
А |
В |
|
|
|
Iк max |
ограничение по тепловому пробою |
|
|||
|
|
|
|||
|
|
С |
|
ограничение по |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вторичному пробою |
|
|
|
D |
|
ограничение по |
|
|
|
|
допустимому Uкэ max |
|
|
|
|
E |
U |
|
|
|
0 |
кэ |
|
||
|
Uкэ max |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Предельные эксплуатационные параметры:
Iк max – максимально допустимый ток коллектора;
Uкэ mах (Uкб mах) – максимально допустимое напряжение между коллектором и общим электродом транзистора;
Рк mах – максимально допустимая мощность рассеяния.
Защита транзистора:
от перегрева – охладители;
от пробоя – формирование траектории переключения:
Lн |
VD Lн |
VT |
VT |
|
VD |
25
Лекция 4 ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
4.1Типы полевых транзисторов
Принцип действия: изменение проводимости канала, по которому протекает ток, под воздействием перпендикулярного электрического поля.
В ПТ работают носители заряда только одного знака (униполярные транзисторы).
Взависимости от типа электропроводности:
с каналом n-типа;
с каналом р-типа.
По способу создания канала:
с управляющим р-n-переходом;
с изолированным затвором (МДП-транзисторы).
МДП-транзисторы:
со встроенным каналом;
с индуцированным каналом.
Условные обозначения ПТ:
С
З
И
а)
канал n-типа
С
б) З
И
канал n-типа
|
С |
в) |
З |
И |
|
|
канал n-типа |
З |
С |
|
И - исток; |
И |
|
З - затвор; |
|
|
|
||
канал р-типа |
|
С - сток |
|
|
|
||
З |
С |
З |
С |
|
П |
||
ИИ
канал р-типа |
с выводом от подложки |
|
С |
З |
С |
З |
П |
|
И |
|
И |
канал р-типа |
с выводом от подложки |
|
а – с управляющим переходом; б – со встроенным каналом; в – с индуцированным каналом.
26
4.2Полевые транзисторы с управляющим переходом
(FET)
Устройство: |
Принцип действия: |
|
|
+ |
- |
|
|
|
|
|
Uзи |
|
|
З |
|
И |
З |
С |
p+ |
p+p+ |
|
|
|
|
И |
|
|
|
С |
n |
p+ |
n |
|
n |
|
Iс |
канал |
|
|
||||
|
|
|
|
|
||
p |
подложка |
|
|
U |
си |
|
|
|
|
- |
+ |
||
|
|
|
|
|
||
При Uзи = 0 → Iс > 0 – нормально открытый транзистор.
Uзи↑ , |
h ↓, Iс ↓ . |
При│Uзи│= U0 – Uси → h |
= 0 – отсечка канала |
U0 – напряжение отсечки.
4.3Полевые транзисторы с изолированным затвором
(MOSFET)
МДПТ (МОПТ) [металл – диэлектрик(оксид) – полупроводник]
4.3.1МДП-транзисторы со встроенным каналом
|
|
металл |
|
И |
З |
С |
диэлектрик |
|
|
|
|
n+ |
n |
n+ |
полупроводник |
|
p |
|
|
Устройство: |
|
П |
|
27
Принцип работы: |
|
|
|
|
|
|
|
|
а ) |
- |
+ |
|
б) |
|
- |
+ |
|
- |
+Uси |
Iс |
|
|
Uси |
Iс |
||
|
Uзи |
З |
|
+ |
- |
|
||
И |
n |
|
С |
И |
|
Uзи |
З |
С |
n+ |
|
n+ |
|
|
|
|||
|
n+ |
|
n |
|
n+ |
|||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
p |
|
|
|
|
p |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
П |
Uзи > 0 → Iс↑ – режим обогащения Uзи < 0 → Iс↓ – режим обеднения
Uзи = 0 → Iс > 0 – нормально открытый транзистор
4.3.2МДП-транзисторы с индуцированным каналом
Устройство:
И |
З |
С |
n+ |
|
n+ |
p
П
Принцип работы: |
|
||
|
- |
+ |
|
- |
+ |
Uси |
|
И |
Uзи |
З |
Iс |
|
|
С |
|
n+ |
|
|
n+ |
p |
|
|
|
|
|
|
П |
Uзи < U0 , Iс = 0 – нормально закрытый транзистор.
U0 – пороговое напряжение.
Uзи ≥ U0 – образование проводящего канала;
Uзи > U0 , Iс > 0 – режим обогащения.
28
4.4Схемы включения ПТ
а) |
|
б) |
|
в) |
|
|
VT |
VT |
|
VT |
|
|
Rн |
|
Rн |
Rн |
|
Uвх |
|
|
|||
|
U |
|
U |
||
|
|
вх |
|
вх |
|
Eз |
Ec |
E з |
Ec |
E з |
Ec |
+ - |
- + |
- + |
- + |
- + |
- + |
схема ОЗ |
схема ОИ |
схема ОС |
|||
4.5ВАХ полевых транзисторов
Выходные (стоковые) ВАХ: Ic = f (Uси) при Uзи = const
Iс |
Uси0 |
Uзи1 |
2 |
3 |
|
|
Uзи2
1
Uзи3
Uзи4
0 |
Uси |
|
Для ПТ с n-каналом:
ПТУП: Uзи1= 0, Uзи2 < 0; (при Uзи > 0 транзистор неуправляем).
ПТВК: Uзи1 > 0 (обогащение), Uзи2 = 0, Uзи3 < 0 (обеднение);
ПТИК: Uзи1 > Uзи2 > Uзи3 > Uзи4 ≥ U0.
1– линейная (омическая) область;
2– активная (насыщения) область;
3– область пробоя.
29
. В активной области:
|
|
Uзи |
|
2 |
|
Ic Ic0 |
|
. |
|||
1 |
U |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ic0 – ток насыщения стока при Uзи= 0.
Стокозатворные ВАХ: Ic = f (Uзи) при Uси= const
Для ПТ с n-каналом:
а) |
|
|
Iс |
б) |
|
|
в) |
|
|
||||||||||
|
режим |
|
|
|
|
Iс |
|
|
Iс |
|
режим |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
обогащения |
|
|
|||||
|
обеднения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
режим |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
режим |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
обеднения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
обогащения |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
Uзи |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
0 |
0 |
|
U0 0 Uзи |
0 |
|
|
U0 |
Uзи |
|||||||||
|
|
|
|
ПТУП |
|
|
ПТВК |
|
|
|
ПТИК |
|
|
||||||
4.6Основные параметры
Основной параметр – крутизна стокозатворной ВАХ:
S |
Ic |
|
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Uзи |
|
|
. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
2I |
c0 |
|
|
|
|
U |
зи |
|
||||
S |
|
1 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
U0 |
|
|
|
|
U0 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Максимальное значение крутизны |
Smax |
|
2Iс0 |
. |
|||||||||
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U0 |
|
30
Входное сопротивление Rвх = 109…1011 Ом (ПТУП),
Rвх = 1012…1015 Ом (МДПТ).
Выходное сопротивление (сопротивление канала) Rси Uси .
Iс
Коэффициент усиления: Uси SRси .
Uзи
Предельные эксплуатационные параметры ПТ:
Ic max – максимально допустимый ток стока;
Ucи max – допустимое напряжение стока;
U0 – напряжение отсечки.
4.7Мощные полевые транзисторы
ДМДП-транзисторы
Особенности:
–короткий вертикальный канал;
–дополнительный эпитаксиальный слой n¯;
–многоканальная параллельная структура.
З |
И |
З |
И |
З |
И |
З |
И |
С |
|
p n+ |
|
n+ p |
|
p n+ |
|
n+ p |
VT |
|
|
Iс |
|
|
n- |
|
I с |
З |
|
|
|
|
|
Rб |
|||
|
|
|
|
|
n+ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С |
|
|
И |
|
|
|
|
|
|
|
|
Свойства: большой Ic, повышенное Ucи, малое Rси в открытом состоянии.
Применение: мощный ключ импульсных и преобразовательных схем.