Комп’ютерна електроніка (стр. 2 из 14)

Якщо зворотні струми є достатньо великими і призводять до виділення енергії, що супроводжується зміною кристалічної структури ОПЗ, то пробій називається тепловим і є незворотнім.

У випадку значної концентрації легованих домішок та наявності дефектів можливий пробій, що супроводжується лавинним помноженням носіїв в ОПЗ. Він є зворотнім і використовується в роботі стабілітронів – пристроїв для стабілізації напруги.

При наявності дефектів можливий польовий або зінеровський пробій, ВАХ якого має вигляд ламаної лінії.

Тунельні діоди – пристрої, створені на основі вироджених або тунельних напівпровідників.

ВАХ тунельного діоду має N- подібний вигляд при накладанні тунельної складової і надбар'єрної складової. Це явище називають тунельним ефектом, воно має місце при прямих напругах. Аналогічний ефект тунелювання при зворотних напругах називається тунельним пробоєм.

Розділений заряд в ОПЗ переходу можна розглядати як конденсаторну систему. При прикладанні зовнішньої зворотної напруги до р-n переходу змінюється глибина проникання поля ОПЗ, тобто товщина ОПЗ. Це приводить до зміни бар'єрної ємності Сб. такі прилади, де використовується зміна Сб, називаються варікапами. Вони використовуються в колах резонансного типу для коректування резонансної частоти.

1.3 Біполярний транзистор

Біполярними транзисторами називаються електронні прилади, що складаються з двох взаємодіючих р-n переходів.

Конструктивно їх виготовляють в дискретному вигляді на основі кристалу n або р типу провідності, до якого з однієї сторони вплавляють емітерну область з підвищеним рівнем легування, а з іншої – колекторну, більшу за площею за кристал і з меншим рівнем легування. В планарному варіанті всі області виготовляють шляхом дифузійного легування з послідовною перекомпенсацією типу провідності.

Обов'язковою умовою працездатності транзистора є мала ширина базової області порівняно з довжиною вільного пробігу носіїв заряду, який інжектується з емітера в базу.

Умовне позначення транзистора на схемі відображає його структуру:

Принцип дії біполярного транзистора

Основою роботи біполярного транзистора є взаємодія областей просторового заряду емітера та колектора при протіканні струму. Емітер ний перехід вмикається в прямому напрямку, колекторний – у зворотному. При накладанні прямої напруги між емітером і базою зростає кількість основних носіїв, що інжектуються в базову область і рекомбінують там з основними носіями бази. Вони створюють струм базового електроду і бази.

Оскільки концентрація носіїв в області емітера більша, то струм бази виходить на насичення. Надлишок інжектованих носіїв, маючи довжину вільного пробігу більшу за ширину бази, попадають в ОПЗ зворотно зміщеного колектора і екстрагуються в колекторну область. Тут вони взаємодіють з просторовим зарядом колекторного переходу, що приводить до зменшення потенціального бар'єру між колектором та базою, а відповідно до зростання колекторного струму.

Зменшення напруги емітер-база приводить до зворотних процесів.

Для транзистора справджується співвідношення:

Іе = Іб + Ік, Іб<<Ік

Iк.

Схеми ввімкнення біполярних транзисторів

Оскільки транзистор, маючи три виводи, може бути ввімкнений як чотириполюсник, то один з електродів має бути спільним для вхідного і вихідного кола.

Розрізняють схеми ввімкнення із загальним емітером, загальною базою і загальним колектором.

Схема із загальним емітером забезпечує підсилення сигналів за струмом, напругою і потужністю. Така схема має вхідний опір біля 100 Ом, а вихідний – близько 1 кОм.

Схема із загальною базою підсилює за напругою і потужністю і не підсилює за струмом.

Вхідний опір – ~ 10 Ом.

Вихідний опір – ~ 10 кОм.

Схема із загальним колектором ще називається емітерним повторювачем. Така схема є аналогічною до схеми із загальним емітером, але навантаження вмикається не в колекторне, а в емітерне поле. Схема підсилює за струмом і потужністю.

Вхідний опір – ~ 10 кОм.

Вихідний опір – ~ 1 Ом.

Для функціонування транзисторів і розрахунків режимів їх роботи використовують сімейства статичних вхідних і вихідних характеристик.

Оскільки у вхідному колі вмикається як правило емітер ний перехід, то до характеристики відповідної ВАХ прямо зміщеного р-n переходу. Ці характеристики вимірюють при різних значеннях напруги, прикладеної до вихідного кола.

ЗЕ Іб = f(Uбе)|Uке=const ; ЗБ Іе = f(Uеб)|Uкб=const .

Вихідні характеристики – це залежності вихідного струму від вихідної напруги, при постійному значенні вхідного струму.

Для трактування режимів роботи біполярного транзистора використовуються еквівалентні схеми. Основною є схема чотириполюсника, яка описується h-параметрами.

Н-параметри – це коефіцієнти, які вказують на зв'язок між реальними параметрами транзистора та його теоретичними еквівалентами.

h11=Uвх/Iвх – вхідний опір транзистора;

h12 = Uвх/Uвих – коефіцієнт зворотної передачі напруги;

h21 = Iвих/Iвх – коефіцієнт підсилення за струмом;

h22 = Iвих/Uвих – вихідна провідність.

Чотириполюсники – це пристрої, які мають два входи і два виходи.

Співвідношення між I та U на вході чотириполюсника можна задати за допомогою системи рівнянь. Якщо основними параметрами в системі рівнянь виступають провідності, то сама система називається системою з у-параметрами, якщо опори – то система із z-параметрами, коли параметри комбіновані, то використовують систему рівнянь з h-параметрами.

Система рівнянь для визначення h-параметрів:

- вхідний опір транзистора виміряний у режимі короткого замикання у вихідному колі.

- режим короткого замикання.

- режим холостого ходу.

- режим холостого ходу.

Еквівалентна схема транзистора як чотириполюсника, що описується системою h-параметрів.

Малосигнальна еквівалентна схема для транзистора, яка описує його підсилювальні властивості в режимі підсилення малих змінних сигналів.

Вона обов'язково включає джерело струму у вихідному колі і паразитну бар'єрну ємність колекторного переходу.

- коефіцієнт підсилення транзистора у схемі із загальною базою. a ≈ 0.99.

- коефіцієнт підсилення транзистора у схемі із загальним емітером.

- коефіцієнт підсилення транзистора у схемі із загальним колектором.

Класифікація та умовні позначення транзисторів

Згідно ДСТУ позначення транзисторів складаються з чотирьох букв буквоцифрового коду.

І група – це дві букви. Перша вказує на матеріал напівпровідника, К – кремній, Г – германій. Друга буква вказує тип транзистора, Т – біполярний, П – польовий.

Третя позначка – цифра, яка вказує на частотні властивості та потужність. 1,2,3 – малопотужні:

1 – низькочастотні з граничною частотою до 3 МГц.

2 – середньої частоти, 3-30 МГц.

3 – високочастотні, >30 МГц.

4,5,6 – середньої потужності, 0.3-0.5 Вт.

7,8,9 – потужні транзистори, >1.5 Вт.

Наступні дві цифри вказують на порядковий номер розробки. Остання буква вказує на групу приладів.

Режими роботи біполярних транзисторів

Розрізняють 4 режими роботи біполярного транзистора:

1. активний режим, емітерний перехід ввімкнено у прямому напрямку, колекторний – у зворотному. Використовується в аналоговій електроніці.

2. режим відсічки відповідає стану закритого транзистора, коли у вихідному колі не може протікати струм. Отримується, коли і емітерний, і колекторний переходи ввімкнені у зворотному напрямку.

3. режим насичення, коли транзистор відкритий, обидва переходи у прямому напрямку.

4. інверсний режим, коли емітер ний перехід вмикається у зворотному напрямку, колекторний – у прямому. Застосовується в електроніці інтегрально-інжекційної логіки.

MN – лінія статичного навантаження.

Перехід із режиму відсічки в режим насичення називається ключовим режимом.