5.3. Мощные выходные усилители на биполярных транзисторах

Мощные усилители на биполярных транзисторах широко используются в устройствах управления электродвигателями, заслонками и другими элементами систем автоматического управления технологическими процессами. Как правило, они включаются на выходе цифроаналоговых преобразователей, на которые в свою очередь подаются управляющие сигналы от микроконтроллеров. Принципиальная схема усилителя мощности приведена на рис.5.3.

Рис.5.3.Принципиальная схема усилителя мощности.

Усилитель мощности состоит из операционного усилителя (ОУ) и оконечного комплементарного эмиттерного повторителя, - включенного по схеме Дарлингтона на транзисторах VTI, VT2, VT3, VT4В рассматриваемом усилителе входной сигнал подается на неинвертирующий вход операционного усилителя. С выхода операционного усилителя сигнал подается на эмиттеры транзисторов VT1 и VT2.Питание усилителя осуществляется от двух источников питания +Еп и –Еп. Усилитель охвачен отрицательной обратной связью через резисторы R2 и R4.

5.4. Полевые канальные транзисторы с управляющим р-п переходом

Усиление сигналов в полевых транзисторах основано на управлении током основных носителей, протекающих в полупроводнике.

Устройство полевого транзистора с управляющем «р-п» переходом показано на рис 5.4.

Рис.5.4. Устройство полевого канального транзистора

с затвором на основе»р-п» перехода.

Транзистор имеет три электрода: исток, сток и затвор. В полевых канальных транзистора напряжение сигнала, подаваемое между затвором и истоком, Uвх=Uзи управляет (изменяя эффективное сечение или удельную проводимость полупроводника) током источника питания, протекающим через полупроводник стока к истоку.В канальных полевых транзисторах это достигается изменением эф­фективного сечения проводящего канала с помощью обратно-смещённого р-n пере­хода.

При этом требующаяся мощность управляющего сигнала значительно меньше мощности электрического тока, протекающего в цепи сток-исток. Управляющая (входная) цепь практически не потребляет тока, так как представляет собой р-n переход, смещенный в область обратных напряжений.

В зависимости от электропроводности материала полупроводника, полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналами «р» и «п» типов.На рис5.5. приведена схема включения полевого канального транзистора.

Рис.5.5.Схема включения полевого канального транзистора.

5.5. МДП-ТРАНЗИТОРЫ С ИЗОЛИРОВАННЫМ ЗАТВОРОМ И ИНДУЦИРОВАННЫМ ПРОВОДЯЩИМ КАНАЛОМ

Транзисторы с индуцированным проводящем п-каналом изготавливаются монокристаллической полупроводниковой подложке р-типа. Устройство МДП-транзистора показано на рис.5.6.

Рис.5.6. Устройство полевого транзистора с изолированным

затвором и индуцированным «п» проводящим каналом.

Транзистор выполнен на подложке из кремния типа «р» (см рис. 5.6 а). В поверхностном слое подложки формируется две области обогащенные электронами (области п+). Омические контакты соединяют эти области с двумя выводами из поликремния: истоком (обозначен на рисунке буквой «и») и стоком (обозначен на рисунке буквой «с»).

Затвор обозначен буквой «з» и подложка разделенные тонким изолирующим слоем двуокиси кремния. При этом образуется входной МДП-конденсатор.

Действие транзистора иллюстрируется рис. 5.6.б. Электрическое поле, создаваемое положитель­ным потенциалом затвора, индуцирует соответствующий отрицатель­ный заряд в полупроводнике подложки, которая служит как бы второй пластиной конденсатора. При возрастании положительного напря­жения, приложенного к затвору, в области подложки между истоком и стоком образуется инверсионный слой с электронной проводимостью «п» проводящий канал. Через этот индуцирован­ный канал типа «п» может протекать ток от стока к истоку. Чем больше напряжение на затворе, тем больше поперечное сечение индуциро­ванного канала и, следовательно, больший ток протекает между истоком и стоком. Иначе говоря, величиной тока стока можно управлять путем изменения потенциалов на затворе.

5.6.МДП-ТРАНЗИТОРЫ С ВСТРОЕННЫМ ПРОВОДЯЩИМ КАНАЛОМ

Устройство полевого МДП-транзистора с изолированным затвором и встроенным п-каналом показано на рис. 5.7. а.

Рис. 5.7. Устройство полевого транзистора с изолированным

затвором и встро­енным проводящим каналом.

В этом случае в структуре МДП-транзистора при изготовлении методом диффузии формируется канал типа «п» . При подаче на затвор отрицательного потенциала в канале индуцируются положительные заряды и формируется обедненный слой, который увеличивает удельное сопротивление канала. Этот процесс иллюстрирует рис. 5.7.б. При этом таком состоя­нии вольтамперные характеристики транзистора аналогичны характеристикам полевого транзистора с управляющим р-п переходом при отрицательном потенциале на затворе между истоком и стоком.

При подаче на затвор транзистора со встроенным каналом типа п положительного потенциала, то индуцированные отрицатель­ные заряды в канале приведут к снижению удельного сопротивле­ния канала, и прибор станет работать как МДП-транзистор с индуцированным каналом.

Выходная (а) и переходная (б) статические вольтамперные характеристики транзистора с встроенным «п» проводящем каналом приведены на рис.5.8.

Рис. 5.8. Статические вольтамперные характеристики МДП-транзистора

с изолированным затвором и со встроенным «п» проводящем каналом.

На рис.5.9. приведены условные обозначения полевых транзисторов на электрических схемах.

Рис. 5.9. Условные обозначения полевых транзисторов :

а) и б) – полевые канальные транзисторы с управляющим р-п переходом;

в) и г) – МДП-транзисторы с изолированным затвором и встроенными п и р проводяшими каналами;

д) и е) – МДП-транзисторы с изолированным затвором и индуцированными п и р каналами.