Примеры использования диодов.
1) Выпрямление сигналов.
рис. 1.4.8. Диодные выпрямители.
Сигнал на выходе схемы будет получен лишь в том случае, когда двойная амплитуда прямоугольного входного сигнала будет не менее 0,6 В. Это накладывает определенные ограничения на разработку схемы, но известны приемы, с помощью которых их можно преодолеть.
Прямое напряжение на диоде Д2 компенсируется за счет диода Д1, обеспечивающего смещение величиной 0.6 В. Это смещение определяет порог проводимости для Д2.
2) Диодные вентили.
Еще одна область применения диодов основана на их способности пропускать большее из двух напряжений, не оказывая влияния на меньшее. Схемы, в которых используется это свойство, объединены в семейство логических схем. Рассмотрим схему с резервной батареей питания – она используется в устройствах, которые должны работать непрерывно даже при отключеньях питания (например, электронные часы) (рис. 1.4.9).
рис. 1.4.9. Схема с резервным источником питания.
3) Диодные ограничители.
рис. 1.4.10. Диодный ограничитель.
В тех случаях, когда необходимо ограничить диапазон изменения сигнала, можно воспользоваться схемой, показанной на рисунке:
Благодаря диоду выходное напряжение не может превышать значения +5,6 В, при этом наличие диода никак не сказывается на меньших значениях напряжения (в том числе и на отрицательных).
Единственное условие состоит в том, что отрицательное входное напряжение не должно достигать значения напряжения пробоя.
Восстановление сигнала по постоянному току в случае емкостной связи по переменному току можно выполнить следующей схемой:
рис. 1.4.11. Схема восстановления сигнала.
4) Двусторонний ограничитель.
Эта схема ограничивает "размах" выходного сигнала и делает его равным падению напряжения на диоде, т.е. приблизительно 0,6 В. Эта схема часто используется в качестве защиты на входе усилителя с большим коэффициентом усиления.
рис. 1.4.12. Схема двухстороннего ограничителя.
Лекция №3. Биполярные транзисторы.
План лекции.
1. Принцип работы транзистора;
2. Основные схемы включения транзисторов;
3. Схема с общим эмиттером.
БИПОЛЯРНЫМ ТРАНЗИСТОРОМ называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами и тремя выводами. Он представляет собой полупроводниковый кристалл, в котором две крайние области с одинаковой электропроводностью разделены областью противоположной электропроводности. В зависимости от электропроводности этих трех областей различают транзисторы n-p-n типа и p-n-p типа. Термин "биполярный" подчеркивает, что в работе таких транзисторов играют роль оба типа носителей зарядов - электроны и дырки.
Реальные биполярные транзисторы являются асимметричными при борами, их p-n-переходы существенно различаются. Один из них имеет гораздо меньшую площадь, чем другой (рис. 1.5.1).
рис. 1.5.1. Структура транзисторов.
Асимметрия наблюдается и в концентрации примесей - один из крайних слоев n1или p1легирован сильнее, чем слой n или p2. Средний слой транзистора называют БАЗОЙ, крайний, сильно легированный слой меньшей площади n1(p1) - ЭМИТТЕРОМ, а слой с большей площадью – n2(p2) – КОЛЛЕКТОРОМ. Соответственно n1-p(p1-n)-переход называют ЭМИТТЕРНЫМ, а n2-p(p2-n)-переход – КОЛЛЕКТОРНЫМ. Конструктивно транзистор представляет собой полупроводниковый кристалл, часть поверхностей которого (Б, Э и К) покрывается металлической пленкой. К этим пленкам привариваются и припаиваются внешние выводы всех электропроводов транзистора. Сам кристалл укрепляют на кристаллодержателе и помещают в герметизированный корпус, а выводы через изоляторы выводят наружу. В мощных транзисторах коллектор часто непосредственно соединяют с основанием, что увеличивает рассеиваемую на нем мощность. В этом случае коллекторным выводом служит основание корпуса транзистора.
Принцип действия биполярного транзистора как управляющего элемента основан на сочетании процесса инжекции носителей через один p-n-переход и собирания их на другом p-n-переходе. При работе транзистора в режиме усиления эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный переход – в обратном.
Это ведет к тому, что число неосновных носителей (например, электронов в транзисторе n-p-n-типа) в базе около перехода база-эмиттер сильно возрастает. Концентрация электронов около смещенного в обратном направлении коллекторного перехода со стороны базы, до тех пор пока инжектированные электроны достигли этого перехода, очень мала. Такая комбинация двух p-n-переходов, смещенных в противоположных направлениях, создает большой градиент концентрации неосновных носителей в области базы. Вследствие теплового движения в базе образуется диффузионный поток неосновных носителей от эмиттерного перехода, где они в избытке, к коллекторному переходу и далее в область коллектора (рис. 1.5.2)
рис. 1.5.2. Принцип действия биполярного транзистора.
Итак, из эмиттера электроны инжектируются в базу, далее движутся через базу вследствие диффузии и, наконец, собираются коллектором. Почти все инжектированные в базу электроны достигают коллектора. Однако незначительное их число рекомбинирует с дырами в базе. Для компенсации дырок, убывающих в результате ре комбинации, а также вследствие инжекции их из области базы в область эмиттера, некоторое количество дырок должно поступать в базу через базовый вывод. Из коллектора эти дырки поступать не могут, поскольку там они являются неосновными носителями и их число мало.
Итак, коллекторный переход представляет собой смещенный в обратном направлении диод, чей ток управляется потоком инжектированных через эмиттерный переход электронов. Ток коллектора не зависит от напряжении на коллекторном переходе при условии, что этот переход смещен в обратном направлении. Т.о. мы показали основное свойство биполярного транзистора как управляющего элемента – зависимость выходного (коллекторного) тока от входной переменной величины (тока эмиттера или напряжения на эмиттерном переходе).