11. Работа биполярного транзистора в усилительном и ключевом режиме.

У силительный каскад должен содержать нелинейный управляющий элемент (транзистор или лампу), источник электрической энергии и вспомогательные элементы. Во входную цепь включается источник сигнала, а в выходную - нагрузка. В дальнейшем будем описывать источник сигнала в виде генератора с напряжением eГ и внутренним сопротивлением RГ, а нагрузку - резистором RН ( во многих случаях нагрузка может стоять на месте резистора RК). На рис. 3.30 приведена схема усилительного каскада с ОЭ. Полярность источника питания EК обеспечивает работу транзистора в активном режиме. Резисторы RБ и RК задают требуемые постоянные составляющие токов в цепях транзистора и постоянные напряжения на его электродах - рабочую точку транзистора. От выбора рабочей точки зависит усиление каскада, КПД, искажения сигнала. Для того, чтобы источник сигнала и нагрузка не влияли на режим работы транзистора по постоянному току, включены разделительные конденсаторы CР1 и CР2, имеющие в рабочем диапазоне частот малые сопротивления. В рассматриваемой схеме постоянные составляющие токов и напряжений определяются:

I К(0)=b IБ(0) ; UКЭ(0)= EК - IК(0)RК; ЕК - b IБ(0) RК

Работа в ключевом режиме:

Ключ работает как импульсный переключатель.

U вх=0, транзис

тор закрыт (обл-ть отсечки). Чем больше Eсм, тем больше закрытие транзистора.

Закр.: Iсмз>Iко, Iсмз=(Есм-Uбэз)/Rсм. Для открытия нужно: Iб>>Iбнас.

Iс=Iсм+S*Iбнас, S – глубина насыщения.

1 2. Методы температурной стабилизации рабочей точки покоя транзисторного каскада.

В се полупроводниковые приборы изменяют свои параметры под влиянием температуры, которая может колебаться из-за расположенных рядом внешних источников тепла, а также и вследствие протекания токов. Повышение температуры приводит к увеличению количества собственных носителей, а значит и возрастанию проводимости полупроводниковых приборов. У транзисторов повышение температур ведет к резкому возрастанию начального тока коллектора, и следовательно, к изменению характеристик и параметров. В схеме с общей базой температура мало влияет на характеристики и параметры. В схеме с общим эмиттером начальным током является сквозной ток Iкэо, который в 32 раз больше Iко. При повышении температуры ток Iко возрастает по закону степени Ikot=Iko*A^(tн-to/to)

Так, при нагреве германиевого транзистора до 70оС Iкоt возрастает по отношению к Iко в 32 раза, независимо от схемы включения. Но вследствие того, что ток коллектора для схемы с общей базой равен Ik=α*Iэ+Ikot, то до для этого возросшего тока в выходном токе коллектора будет незначительной.

13. Полевые транзисторы с управляющим p-n переходом, встроенным и индуцированным каналом.

Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющим p-n переходом. Полевым транзистором называется полупроводниковый прибор, в котором ток создаётся только основными носителями зарядов под действием продольного электрического поля, а управляющее этим током осуществляется поперечным электрическим полем, которое создаётся напряжением, приложенным к управляющему электроду.

Несколько определений:

1. В ывод полевого транзистора, от которого истекают основные носители зарядов, называется истоком.

2. В ывод полевого транзистора, к которому стекают основные носители зарядов, называется стоком.

3. Вывод полевого транзистора, к которому прикладывается управляющее напряжение, создающее поперечное электрическое поле называется затвором.

4. Участок полупроводника, по которому движутся основные носители зарядов, между p-n переходом, называется каналом полевого транзистора.

П оэтому полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналом p-типа или n-типа.

Условное графическое изображение (УГО) полевого транзистора с каналом n-типа изображено на рисунке 96, а с каналом p-типа на рисунке 97.

1) Uзи = 0; Ic1 = max;

2) |Uзи| > 0; Ic2 < Ic1

3) |Uзи| >> 0; Ic3 = 0

На затвор всегда подаётся такое напряжение, чтобы переходы закрывались. Напряжение между стоком и истоком создаёт продольное электрическое поле, за счёт которого через канал движутся основные носители зарядов, создавая ток стока.

1) При отсутствии напряжения на затворе p-n переходы закрыты собственным внутренним полем, ширина их минимальна, а ширина канала максимальна и ток стока будет максимальным.

2) При увеличении запирающего напряжения на затворе ширина p-n переходов увеличивается, а ширина канала и ток стока уменьшаются.

3) При достаточно больших напряжениях на затворе ширина p-n переходов может увеличиться настолько, что они сольются, ток стока станет равным нулю.

Напряжение на затворе, при котором ток стока равен нулю, называется напряжением отсечки.

Вывод: полевой транзистор представляет собой управляемый полупроводниковый прибор, так как, изменяя напряжение на затворе, можно уменьшать ток стока и поэтому принято говорить, что полевые транзисторы с управляющими p-n переходами работают только в режиме обеднения канала.

Транзистор со встроенным каналом.

Основой такого транзистора является кристалл кремния p- или n-типа проводимости.

Для транзистора с n-типом проводимости:

Uзи = 0; Ic1;

Uзи > 0; Ic2 > Ic1;

Uзи < 0; Ic3 < Ic1;

Uзи << 0; Ic4 = 0.

Принцип действия.

Под действием электрического поля между стоком и истоком через канал будут протекать основные носители зарядов, т. е. будет существовать ток стока. При подаче на затвор положительного напряжения электроны как неосновные носители подложки будут притягиваться в канал. Канал обогатится носителями заряда, и ток стока увеличится. При подаче на затвор отрицательного напряжения электроны из канала будут уходить в подложку, канал обеднится носителями зарядов, и ток стока уменьшится. При достаточно больших напряжениях на затворе все носители заряда могут из канала уходить в подложку, и ток стока станет равным нулю.

Вывод: МОП – транзисторы со встроенным каналом могут работать как в режиме обогащения, так и в режиме обеднения зарядов.

Т ранзисторы с индуцированным каналом.

Uз = 0; Ic1 = 0;

Uз < 0; Ic2 = 0;

Uз > 0; Ic3 > 0.

При напряжениях на затворе, равных или меньше нуля, канал отсутствует, и ток стока будет равен нулю. При положительных напряжениях на затворе электроны, как не основные носители заряда подложки p-типа, будут притягиваться к затвору, а дырки будут уходить вглубь подложки. В результате в тонком слое под затвором концентрация электронов превысит концентрацию дырок, т. е. в этом слое полупроводник поменяет тип своей проводимости. Образуется (индуцируется) канал, и в цепи стока потечёт ток.

Вывод: МОП – транзисторы с индуцированным каналом могут работать только в режиме обогащения.

МОП – транзисторы обладают большим входным сопротивлением, чем транзисторы с управляемым переходом. Rвх = (10^13 ÷ 10^5) Ом.