- •Часть 1
- •Раздел 1 элементная база электроники Введение. Определение понятия «Электроника»
- •Электронные лампы и электровакуумные приборы
- •Свойства электрона и электронная эмиссия
- •Виды электронной эмиссии
- •Устройство и принцип работы электровакуумных приборов
- •Устройство ламп
- •Двухэлектродная электронная лампа – диод
- •Принцип работы диода
- •Характеристики и параметры диода
- •Характеристики диода
- •Статические параметры диода
- •Трехэлектродная лампа (триод)
- •Характеристики триода
- •Тетроды и пентоды
- •1.2 Электронно-лучевые приборы Электронно-лучевые трубки
- •Основные параметры элт
- •Система обозначений электронных и электронно – лучевых приборов
- •Система обозначений электроннолучевых трубок
- •Полупроводниковые приборы Свойства полупроводников, влияние примесей на проводимость
- •Примесная проводимость полупроводника
- •1.4 Полупроводниковые резисторы
- •1.5 Полупроводниковые диоды
- •Выпрямительные диоды
- •Стабилитроны
- •Варикапы
- •Туннельные диоды
- •Светодиоды
- •Фотодиоды
- •1.6 Биполярные транзисторы
- •Физические принципы работы транзисторов
- •Схемы включения, характеристики и параметры транзистора
- •1.7 Полевые транзисторы
- •Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом
- •Характеристики полевых транзисторов с p-n-переходом
- •Полевые транзисторы с изолированным затвором (мдп)
- •Маркировка транзисторов
- •Схемы включения пт и их особенности
- •1.8 Тиристоры
- •Диодный тиристор
- •Триодный тиристор
- •1.9 Электронно - световые знаковые индикаторы
- •Накальные индикаторные приборы
- •Электролюминесцентные индикаторы (эли)
- •Вакуумно-люминесцентные индикаторы
- •Газоразрядные знаковые индикаторы (ин)
- •Ионные приборы (газоразрядные)
- •Тиратрон с холодным катодом
- •Сигнальные неоновые лампы
- •1.10 Оптроны
- •Конструкция оптронов
- •Типы оптопар, параметры и характеристики
- •Раздел 2 электронные устройства
- •2.1 Электронные усилители
- •Параметры и характеристики усилителей
- •Классификация усилителей
- •Принцип построения усилительных каскадов
- •Характеристики усилителей
- •Особенности многокаскадных усилителей
- •2.2 Режимы работы усилительных каскадов (классы усиления)
- •Температурная стабилизация усилителей
- •2.3 Обратные связи в усилителях
- •Виды ос
- •2.4 Схемы включения усилительных каскадов (ук)
- •Особенности ук на полевых транзисторах
- •2.5 Усилители мощности
- •Классификация усилителей мощности
- •Однотактный усилитель мощности
- •Двухтактные трансформаторные усилители мощности
- •Бестрансформаторные усилители мощности
- •2.6 Усилители постоянного тока
- •Упт с одним источником питания
- •Упт с двумя источниками питания
- •Дрейф в упт
- •2.7 Операционные усилители
- •Характеристики оу
- •Параметры оу
- •Решающие схемы на оу
- •2.8 Избирательные усилители
- •Высокочастотные иу
- •Низкочастотные иу
- •2.9 Генераторы гармонических колебаний
- •Литература
- •Содержание
- •Раздел 1 элементная база электроники..........................................3
- •1.1 Электронные лампы и электровакуумные приборы…...............................6
- •1.2 Электронно-лучевые приборы.......................................................................24
- •1.3 Полупроводниковые приборы......................................................................31
- •1.4 Полупроводниковые резисторы...................................................................35
- •1.5 Полупроводниковые диоды ..........................................................................41
- •1.6 Биполярные транзисторы..............................................................................54
- •1.7 Полевые транзисторы.....................................................................................62
- •1.8 Тиристоры..........................................................................................................72
- •1.9 Электронно - световые знаковые индикаторы..........................................78
- •1.10 Оптроны...........................................................................................................85
- •Раздел 2 электронные устройства....................................................90
- •2.1 Электронные усилители..................................................................................90
1.6 Биполярные транзисторы
Транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя p-n-переходами, имеющий три или более электрода, который служит для усиления и переключения электрических сигналов. Транзисторы используются в качестве активных элементов во многих схемах радиоэлектронной аппаратуры. По принципу действия транзисторы делятся на биполярные и полевые.
В работе биполярных транзисторов используются носители обеих полярностей (дырки и электроны).
По сравнению с электронными лампами транзисторы имеют следующие преимущества:
отсутствует цепь накала и транзисторы имеют мгновенную готовность к работе;
незначительная потребляемая мощность;
более высокий КПД;
отсутствие помех типа «микрофонный эффект» при действии ударов и вибрации;
большой срок службы;
небольшие габариты и вес.
Для изготовления транзисторов используются в основном германий (Ge) и кремний (Si), которые доводят до высокой степени чистоты.
Биполярный транзистор – это управляемый полупроводниковый прибор с двумя р-п-переходами и тремя выводами, работа которого основана на использовании носителей заряда обоих знаков. Плоскостной биполярный транзистор представляет собой пластинку Gе или Si или другого полупроводника в которой созданы три области с различной электропроводимостью: п-р-п или р-п-р. В первом случае средняя область имеет дырочную проводимость и две крайние – электронную. Во втором случае наоборот. Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область эмиттером, а другая – коллектором (рисунок 1.34).
p
p
p
n
n
n
К
К
К
К
Б
Б
Б
Б
Э
Э
Э
Э
Рисунок 1.34 – Структура транзистора n-p-n-типа и p-n-p-типа
Таким образом, в транзисторе имеются два р-п-перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором. Функция эмиттерного перехода – инжектирование носителей заряда в базу (для транзистора п-р-п-типа это электроны, для транзистора р-п-р-типа это дырки); функция коллекторного перехода – сбор носителей заряда, прошедших через базу.
n
n
Э
К
Б
Рисунок 1.35
Чтобы носители заряда, инжектировались эмиттером и проходя через базу полнее собирались коллектором, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода. Область базы делают очень тонкой, не более единиц мкм (рисунок 1.35). Кроме того, концентрация примесей в базе значительно меньше, чем в коллекторе и эмиттере.
Физические принципы работы транзисторов
Рассмотрим работу транзистора р-n-р типа.
В цепь между базой и коллектором транзистора включено в проводящем (прямом) направлении напряжение Е (1…2 В). Вследствие этого потенциальный барьер эмиттерного перехода снизится на величину Еэ: Uэб = φ − Еэ. Действие барьера ослабляется и «дырки», обладающие большими скоростями, могут переходить через p-n переход в базовую область, создавая ток эмиттерного перехода iэ. Этот процесс называется инжекцией дырок.
Одновременно происходит переход электронов из базы в эмиттер. Однако при выборе значительно меньшей концентрации носителей тока в базе, этот встречный поток электронов оказывается намного меньше потока дырок, и обратный ток эмиттера iобр мал..
Инжектирование в базу дырки в результате диффузии направляются к коллектору за счет перепада плотности дырок по длине базы. Диффузия происходит в течении конечного времени при отсутствии электрического поля.
За время диффузии часть дырок рекомбинирует с электронами, приходящими в базу через базовый вывод от источника Еэ, и образует базовый ток iБ. В цепь между базой и коллектором включено напряжение Ек, смещающее коллекторный переход в запирающем (непроводящем) направлении и увеличивающее потенциальный барьер коллекторного перехода. Величину напряжения Ек выбирают порядка 5…20 В.
Дырки, попавшие в базу из эмиттера и равномерно распределившиеся по объему базы, подхватываются полем коллекторного перехода, которое является для них ускоряющим, и втягиваются в коллектор. Этот процесс называется экстракцией дырок (рисунок 1.36). Эти дырки образуют коллекторный ток iк. В области контакта коллектора с внешней цепью дырки рекомбинируют с электронами, подходящими из внешней цепи от источника питания Ек. Цепь тока оказывается замкнутой.
Из рассмотрения процессов видно, что:
iэ = iб + iк.
p-n
p-n
Коллектор
База
Эмиттер
к
х
Uэб
= φ - Eэ
Uкб
= φ + Eк
φ
б
а
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
-
-
-
-
iк
Б
К
Э
Eк
iБ
Eэ
iэ
Дырки
Диффузия
дырок
Рекомбинация
Инжекция
Диффузия
Экстракция
Рисунок 1.36 – Физические процессы в p-n-р транзисторе:
а – структура транзистора; б – распределение потенциалов.
Отношение коллекторного тока к эмиттерному называется коэффициентом передачи тока транзистора:α = iк / iэ = 0,95...0,99.
Таким образом, токи в транзисторе связаны следующими соотношениями: Iк = α iэ; IБ = (1 − α)iэ;
Если в цепь между базой и коллектором ввести переменное напряжение Ег небольшой величины (Ег < Еэ), то количество инжектированных дырок, то есть ток iэ будет меняться вследствие изменения высоты потенциального барьера. Если в цепь между коллектором ввести еще сопротивление Rн (смотри рисунок), то изменение эмиттерного тока iэ приведет к изменению коллекторного тока iк приблизительно в тех же пределах.
Так как сопротивление коллекторной цепи велико (коллекторный переход смещен в обратном направлении), то протекание по этой цепи изменяющегося и значительного по величине тока iк позволяет получить в усилителе на транзисторе усиление по напряжению и мощности.
Работа транзистора n-p-n типа происходит аналогично работе транзистора p-n-p типа. В этом случае носителями тока являются электроны, и полярность внешних источников напряжений меняется на противоположную.