Учебная работа. Самостоятельная нагрузка

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Самостоятельная нагрузка

Самостоятельная нагрузка



1. Биполярный
транзистор

Биполярный
транзистор – трехэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов
транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям
полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу
чередования различают n-p-n и pnp транзисторы (n (negative) – электронный тип
примесной проводимости, p (positive) – дырочный). В биполярном транзисторе, в
отличие от других разновидностей, основными носителями являются и электроны, и
дырки (от слова «би» – «два»). Схематическое устройство транзистора показано на
втором рисунке.

Электрод,
подключенный к центральному слою, называют базой, электроды, подключенные к
внешним слоям, называют коллектором и эмиттером. На простейшей схеме различия
между коллектором и эмиттером не видны. В действительности же главное отличие
коллектора – большая площадь p – n-перехода. кроме того, для работы транзистора
абсолютно необходима малая толщина базы.

Биполярный
точечный транзистор был изобретен в 1947 году, в течение последующих лет он
зарекомендовал себя как основной элемент для изготовления интегральных
микросхем, использующих транзисторно-транзисторную, резисторно-транзисторную и
диодно-транзисторную логику.

Устройство и
принцип действия

Упрощенная
схема поперечного разреза биполярного NPN транзистора


первые
транзисторы были изготовлены на основе германия. В настоящее время их
изготавливают в основном из кремния и арсенида галлия. последние транзисторы
используются в схемах высокочастотных усилителей. Биполярный транзистор состоит
из трех различным образом легированных полупроводниковых зон: эмиттера E, базы
B и коллектора C. В зависимости от типа проводимости этих зон различают NPN
(эмиттер − n-полупроводник, база − p-полупроводник, коллектор −
n-полупроводник) и PNP транзисторы. К каждой из зон подведены проводящие
контакты. база расположена между эмиттером и коллектором и изготовлена из
слаболегированного полупроводника, обладающего большим сопротивлением. Общая
площадь контакта база-эмиттер значительно меньше площади контакта
коллектор-база, поэтому биполярный транзистор общего вида является
несимметричным устройством (невозможно путем изменения полярности подключения
поменять местами эмиттер и коллектор и получить в результате абсолютно
аналогичный исходному биполярный транзистор).

В активном
режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещен в
прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещен в обратном
направлении. Для определённости рассмотрим n-p-n транзистор, все рассуждения
повторяются абсолютно аналогично для случая p-n-p транзистора, с заменой слова
«электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на
противоположные по знаку. В n-p-n транзисторе электроны, основные носители тока
в эмиттере, проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в
область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда
в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер. Однако, из-за того что
базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, большая часть
электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора[1].
сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода
захватывает электроны (напомним, что они – неосновные носители в базе, поэтому
для них переход открыт), и проносит их в коллектор. ток коллектора, таким
образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на
рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк). Коэффициент б,
связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = б Iэ) называется коэффициентом
передачи тока эмиттера. Численное ток. Этот коэффициент
мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком
диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы,
коэффициент пропорциональности равен в = б / (1 − б) =(10..1000). таким
образом, изменяя малый ток базы, можно управлять значительно большим током
коллектора.

Простейшая
наглядная схема устройства транзистора

Переход
эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база – в
обратном (закрыт)

UЭБ>0; UКБ<0;

Инверсный
активный режим

Эмиттерный
переход имеет обратное включение, а коллекторный переход – прямое.

Режим
насыщения

Оба p-n
перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).

Режим отсечки

В данном
режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).

В данном
режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через
небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмитерную цепь
транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком
включении транзистор представляет из себя диод, включенный последовательно с
резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих
схему элементов, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном
температур, неразборчивостью к параметрам транзисторов.

Обозначение
биполярных транзисторов на схемах

основные
параметры:

– коэффициент
передачи по току;

– входное
сопротивление;

– выходная
проводимость;

обратный
ток коллектор-эмиттер;

– время
включения;

– предельная
частота коэффициента передачи тока базы.

Технология
изготовления транзисторов:       

– эпитаксиально-планарная;

– сплавная;

– диффузионный;

– диффузионно-сплавной.

Применение
транзисторов

– усилители,
каскады усиления;

генератор;

– модулятор;

– демодулятор
(Детектор);

2. Принцип
действия транзисторов и схема его включения

Принцип
работы транзистора состоит во взаимодействии токов диффузии (тонкая база) и
проводимости (под действием электрического поля), это типа биполярного
транзистора, а полевого – в перекрытии канала проводимости в полупроводнике электрическим
полем затвора. В отличии от диодов с p-n переходом, то транзистор работает на
p-n-p переходе с тремя ногами. Принцип его работы такой, что одной ногой можно
управлять напряжением (именно напряжением) перехода другой связки.

Принцип
работы транзистора

Традиционной
планарный транзистор представляет собой крохотную кремневую пластинку,
обогащенную примесью р-типа и называемую подложкой. В подложке формируются две
легированные области, обогащенные примесью n-типа. Одна такая область
называется стоком, а другая – истоком. На границе областей n-р происходят
весьма любопытные физические процессы: за счет вездесущей диффузии пограничные
электроны из n-областей перескакивают в р-область, богатую свободными дырками.
Не сделав и пары шагов, электрон «проваливается» в первую же встретившуюся на
его пути дырку. Если же ему удастся выскочить оттуда, он тут же захватывается
другой свободной дыркой (а свободных дыр В р-области очень много). Часть этих
дырок под давлением диффузных обстоятельств срывается с насиженного места и
эмигрирует в n-обдасть, где их уже ждет толпа «голодных» электронов, и после
непродолжительной рекомбинации здесь не остается ни дырок, ни электронов
(разумеется, электроны никуда не исчезают, но, попав в дырки, теряют
подвижность и перестают быть свободными).

Таким
образом, на границах областей n-р образуется обедненная зона, в которой
отсутствуют носители заряда, и потому течение тока между истоком и стоком
оказывается невозможным. Для того чтобы транзистор мог переносить заряд,
конструкторам пришлось добавить третий электрод – затвор. В отличие от
устройства биполярных транзисторов, верой и правдой служивших в отечественной
бытовой аппаратуре с восьмидесятых годов, затвор электрически не связан с
р-областью и отделен от нее тонким слоем изолятора (в роли которого обычно
выступает оксид кремния). Управление переносом заряда осуществляется не
электрическим током, а электромагнитным полем. При подаче положительного
потенциала на затвор создаваемое им электромагнитное поле вытесняет дырки
вглубь подложки и затягивает в обедненный слой электроны из окружающих n-областей.
Через короткое время пространство между n-областями насыщается свободными
носителями заряда, в результате чего в подзатворной области образуется
насыщенный канал, способный беспрепятственно проводить электрический ток. Такое
состояние транзистора условно называют открытым. При исчезновении потенциала на
затворе канал быстро забивается дырками, набежавшими из р-слоя. Электроны
проваливаются в дырки, и проводимость канала начинает катастрофически падать. В
конце концов канал разрушается, и транзистор переходит в закрытое (запертое)
состояние.

На рисунке
показаны условные графические обозначения транзисторов той и другой структуры,
выполненных на основе германия и кремния, и типовое напряжение смещения.
Электроды транзисторов обозначены первыми буквами слов: эмиттер – Э, база – Б,
коллектор – К. Напряжение смещения (или, как принято говорить, режим)
показано относительно эмиттера, но на практике напряжение на электродах
транзистора указывают относительно общего провода устройства. Общим проводом в
устройстве и на схеме называют провод, гальванически соединенный с входом,
выходом и часто с источником питания, т.е. общий для входа, выхода и источника
питания.

Каскад с
общим эмиттером обладает высоким усилением по напряжению и току. К недостаткам
данной схемы включения можно отнести невысокое входное сопротивление каскада. К
преимуществам – высокий коэффициент усиления.

рассмотрим
работу каскада подробнее: при подаче на базу входного напряжения – входной ток
протекает через переход «база-эмиттер» транзистора, что вызывает открывание
транзистора и, вследствие этого, увеличение коллекторного тока. В цепи эмиттера
транзистора протекает ток, равный сумме тока базы и тока коллектора. На
резисторе в цепи коллектора, при прохождении через него тока, возникает
некоторое напряжение, величиной значительно превышающей входное. Таким образом,
происходит усиление транзистора по напряжению. Так как ток и напряжение в цепи –
величины взаимосвязанные, аналогично происходит и усиление входного тока.

Схема с общим
коллектором обладает высоким входным и низким выходным сопротивлениями.
Коэффициент усиления по напряжению этой схемы всегда меньше 1. Данная схема
используется для согласования каскадов, либо в случае использования источника
входного сигнала с высоким входным сопротивлением. В качестве такого источника
можно привести, например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный
микрофон.

Схема
включения транзистора с общей базой используется преимущественно в каскадах
усилителей высоких частот. Данное включение транзистора позволяет более полно
использовать частотные характеристики транзистора при минимальном уровне шумов.
Что такое частотная характеристика транзистора? Это – способность транзистора
усиливать высокие частоты, близкие к граничной частоте усиления, Эта величина
зависит от типа транзистора. более высокочастотный транзистор способен
усиливать и более высокие частоты. С повышением рабочей частоты, коэффициент
усиления транзистора понижается. Если для построения усилителя использовать,
например, схему с общим эмиттером, то при некоторой (граничной) частоте каскад
перестает усиливать входной сигнал. использование этого – же транзистора, но
включенного по схеме с общей базой, позволяет значительно повысить граничную
частоту усиления. Каскад, собранный по схеме с общей базой, обладает низким
входным и невысоким выходным сопротивлениями (эти параметры очень хорошо
согласуются при работе в антенных усилителях с использованием так называемых «коаксиальных»
несимметричных высокочастотных кабелей, волновое сопротивление которых, как
правило, не превышает 100 Ом).

3. Входная
и выходная характеристика транзистора (графики)

транзистор прибор трехэлектродный биполярный

Выходная
характеристика транзистора КТ315Б


Входная
характеристика транзистора КТ315Б

 .ru

Учебная работа. Самостоятельная нагрузка