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).

_Э К _Э К

_{Б Б}

_{Э К}

р n р

_{Э К}

n p n

_{Б Б}

_а) б)

_{Рисунок 8.5 – Структура биполярного транзистора типов}

_{p − n − p}

_(а),

_{n − p − n}

_{(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 нок 8.5,а, б).

p − n − p

или типа

n − p − n

(рису-

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 n}

_или

_{p -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

_{также униполярными.}

n -типов, эти транзисторы называют

^З n-область (затвор) _С И С

^{р-область} _З

_{а) б)} ^И

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

^U _вх

(усиливаемый сигнал) и выходную цепь, с кото-

рой снимается выходное напряжение U _вых

172

(усиленный сигнал).

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.

ⁱ выx

_R

УЭ

^u_вx

_E

^u_выx

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:

_U

- коэффициент усиления по напряжению

_I

_{К u } ^вых _;

^U _вх

- коэффициент усиления по току

_{К i } ^вых _;

^I _вх

_P

_{U ⋅ I}

- коэффициент усиления по мощности

_{К p } ^вых

^P_вх

_ ^{вых вых}

^U _вх ^{⋅ I} _вх

^{ K} _u ^{⋅ K} _i ^.

Усилительный каскад имеет коэффициент усиления по напряжению

^К _u ^{, равный нескольким десяткам.}

Для получения больших значений

^К _u ^{, достигающих многих тысяч и}

более, используют многокаскадные усилители, в которых каждый после-

_{дующий каскад подсоединен к выходу предыдущего (рисунок 8.8).}

173

^uвx₁

^{K1 u}выx ^=uвx₂

_K2 u_выx

²

^uвx n

^{Kn u}выx n

Рисунок 8.8 – Структурная схема многокаскадного усилителя

Коэффициент усиления многокаскадного усилителя