Тепловой пробой (не обратимый)

Электрический пробой (обратимый).

Обычно длина свободного пробег электрона в полупроводнике значительно меньше толщины электронно-дырочного перехода. Если за время свободного пробега электроны успевают набрать достаточную энергию, то возникает ударная ионизация атомов электронами. В результате ударной ионизации наступает лавинное размножение носителей заряда.

Величина напряжения пробоя зависит от рода материала. Когда приложенное напряжение приближается к напряжению пробоя, коэффициент размножения носителей резко возрастает, растет число носителей заряда в переходе, сильно увеличивается ток через переход, наступает лавинный пробой.

При значительных напряженностях электрического поля (порядка 200 кВ/см), возможен туннельный пробой, обусловленный прямым переходом электронов из валентной зоны в зону проводимости смежной области, происходящим без изменения энергии электрона.

Величина напряжения пробоя существенно зависит от состояния поверхности перехода, где могут образовываться заряды того или иного знака, которые уменьшают или увеличивают результирующую напряженность поля у поверхности по сравнению ее значением в объеме. В неблагоприятном напряжении пробоя по поверхности может быть в несколько раз ниже, чем по объему. Это еще раз подчеркивает важность стабилизации свойств поверхности полупроводника, защиты ее от воздействий окружающей среды.

Тепловой пробой диода возникает вследствие перегрева перехода проходящим через него током при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода.

В режиме постоянного тока мощность, подводимая к переходу, определяется обратным напряжением и обратным током: .

Эта мощность идет на разогрев перехода, в результате чего температура перехода возрастает. При этом увеличиваются концентрации носителей заряда в p-n-структуре и обратный ток перехода, что в свою очередь приводит к увеличению подводимой мощности, новому повышению температуры перехода и т. д.

Выделяющееся тепло в переходе рассеивается преимущественно за счет теплопроводности, поэтому отводимая от перехода мощность пропорциональна разности температур перехода и окружающей среды:

,где R­_T – общее тепловое сопротивление диода.

Вольтамперная характеристика диода в режиме теплового пробоя имеет падающий характер, так как вследствие повышения температуры перехода концентрация носителей заряда в нем сильно увеличивается и электрическое сопротивление перехода уменьшается относительно быстрее, чем растет ток перехода.

2. Назначение резистора в цепи коллектора. Нарисуйте изменения напряжения на выходе усилителя при изменении R_к от 100 Ом до 10 МОм.

R_к – сопротивление в цепи коллектора является нагрузкой по постоянному току, и сопротивление, с помощью которого i_к преобразуется в напряжение.

Задание №24

4. Схемы включения транзисторов и их основные характеристики. Где какая схема применяется.

Основные схемы включения транзистора в режиме усиления, и их наиболее важные параметры, представлены на рис.2. Основными коэффициентами транзистора являются: α – коэффициент передачи эмиттерного тока из цепи эмиттера в цепь коллектора, и β=α/(1-α) - коэффициент усиления базового тока. (Схемы включения транзистора и их расчетные параметры.

(KU – коэффициент усиления по напряжению, KI – коэффициент усиления по току)).

а) Схема с общей базой

б) Схема с общим эмиттером

в) Схема с общим коллектором

5. Нарисовать схему и проиллюстрировать работу каскада с ОЭ можно, используя входные и выходные статические характеристики БТ, путем построения его динамических характеристик(ДХ).

Выходные ДХ - это прямые линии, которые в координатах соответствуют уравнениям, выражающим зависимости между постоянными и переменными значениями токов и напряжений на нагрузках каскада по постоянному и переменному току.

Процесс построения выходных динамических характеристик (нагрузочных прямых по постоянному - , переменному - току) понятен из рисунка 2.10.

Нагрузки рассматриваемого каскада по постоянному и переменному току определяются как:

Координаты рабочей точки для малосигнальных усилительных каскадов выбирают на линейных участках входной и выходной ВАХ БТ, используя в малосигнальных усилительных каскадах так называемый режим (класс) усиления А.

При отсутствии в справочных данных ВАХ БТ, координаты рабочей точки могут быть определены аналитическим путем (см. рисунок 2.10):

,

где - напряжение нелинейного участка выходных статических ВАХ транзистора, ;

Задание №25

1. Нарисовать схему включения транзисторов п-р-п и р-п-р типов в цепь птания.

2. Как выбирается резистор в цепи эмиттера в схеме с ОЭ для усилителя слабых сигналов? Его влияние на параметры усилителя.

R_э= (от 100 до 300)I_б Он влияет на положение рабочей точки.

Задание №26

1. Устройство биполярного транзистора. Типы БП транзисторов. Основные характеристики.

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и предназначеный для усиления сигнала. Биполярные транзисторы являются полупроводниковыми приборами универсального назначения и широко применяются в различных усилителях, генераторах, в импульсных и ключевых устройствах.

Рассмотрим устройство и принцип действия кремниевого биполярного транзистора n-p-n типа. При его изготовлении обеспечивается последовательное соединение трёх областей примесного полупроводника, как это показано на рис1. Левая n-область полупроводника называется эмиттерной (она эмиттирует электроны), правая n-область называется коллекторной (она собирает электроны), а средняя область называется базовой (она является общей для эмиттерной и коллекторных областей полупроводника). Соответственно выводы из этих областей называются эмиттером (э), коллектором (к) и базой (б) транзистора.

Биполярные транзисторы можно классифицировать по материалу: германиевые и кремниевые; по виду проводимости: типа р-n-р и n-p-n; по мощности: малая (Рмах < 0,3Вт), средняя (Рмах = 1,5Вт) и большая (Рмах > 1,5Вт); по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ.

При включении транзистора по схеме с общей базой входными характеристиками транзистора будут зависимости тока эмиттера от приложенного к эмиттерному переходу напряжения при различных запирающих напряжениях на коллекторном переходе. Выходными характеристиками транзистора в схеме с общей базой являются зависимость тока коллектора IК=f(UК) при разных токах эмиттера IЭ (рис.1).

Рис.1. Входные и выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой.

Аналогично входными и выходными характеристиками в схеме с общим эмиттером являются зависимости, представленные на рис.2. Из-за того, что в схеме с общим эмиттером напряжение на коллекторе по сравнению со схемой с общей базой одновременно действует на оба перехода транзистора выходные характеристики IК=f(UК) при разных IБ будут сдвинуты вправо и будут иметь больший наклон.

Рис.2. Входные и выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером.

Два основных параметра транзистора α - коэффициент передачи эмиттерного тока в схеме с общей базой и β – коэффициент усиления базового тока в схеме с общим эмиттером. Эти параметры являются интегральными, т.к. связывают не приращения токов IБ, IЭ и IК, а их полные величины. При работе транзистора в режиме малых сигналов используются дифференциальные параметры, которые в значительной степени будут зависеть от того, какой эмиттерный ток мы задаём в эмиттер и какое напряжение приложено к коллекторному переходу.

- при UКБ=const и заданном токе IЭ

- при UКБ=const и заданном токе IБ.

Оказывается, что и α и β будут зависеть от токов IЭ и IБ и в меньшей мере от UКБ, причём при номинальном режиме эти параметры близки к максимальному значению. При этом, как при уменьшении, так и при увеличении токов эмиттера и базы α и β уменьшаются. При включении транзистора по схеме с общей базой транзистор можно охарактеризовать следующими параметрами:

- при UКБ=const и заданном токе IЭ,

- при IБ =const и заданном напряжении UКБ.

Первый параметр называется сопротивлением эмиттерного перехода, второй параметр называется сопротивлением коллекторного перехода.

Кроме того, ещё используют параметр rБ – сопротивление области базы, обычно учитывающее не только омическое сопротивление слоя базы, но и небольшое влияние напряжения на коллекторе на входные характеристики транзистора. Для современных транзисторов можно считать, что rБ лежит в пределах от 100 до 250 ом.

2. Как выбирается ток делителя в схеме с ОЭ для усилителя мощных сигналов? На какие параметры усилителя влияет его величина?

I_д= (от 2 до 5)I_б Он влияет на положение рабочей точки.

Задание №27

1. Вольтамперные характеристики полевого транзистора.

Основной характеристикой полевого транзистора является стоко-затворная характеристика (рис.3).

При изменении напряжения на затворе характеристики IС=f(UС) принципиально не изменяются, но при больших UЗ характеристики пойдут ниже, а напряжение насыщения UСН уменьшается.

Рис.5. Зависимости тока стока от напряжений на затворе а) и напряжений на стоке б).

2. Режим работы усилителя кл.А. Показать на ВАХ выбор рабочей точки.

В усилителе класса А используется линейный участок характеристики активного элемента, что позволяет осуществлять усиление с минимальными искажениями в широкой полосе частот. Рассмотрим выбор рабочей точки на примере транзистора, как активного элемента. В этом режиме в отсутствие сигнала через активный элемент усилителя протекает постоянный ток, следовательно, усилитель потребляет активную мощность. Кпд таких усилителей теоретически не превышает 50%, а на практике составляет от 30% до 40%..

Общий недостаток усилителей классов A, B, C – пропорциональное изменение (понижение) кпд с уменьшением амплитуды колебаний.

Основные рабочие точки усилителя мощности показаны на рис.1(Режимы работы усилителей мощности и пример схемы усилителя, работающего в режиме А.)

Дата добавления: 2015-05-06