Принцип построения усилительных каскадов на транзисторах

Интегральные микросхемы. Принцип построения. Технологические приемы реализации. Применение.

Интегральной микросхемой (ИМС) является многоэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала, и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов и (или) кристаллов.

Элементом ИМС называют часть ИМС, реализующую функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки. Обычно все элементы ИМС изготавливают одновременно в ходе единого технологического цикла. Полупроводниковые ИМС выполняются на кремниевых пластинках диаметром 30 – 60 мм, при помощи таких технологических процессов как резка, шлифовка, очистка, окисление, травление, фотолитография, диффузия. На одной пластине помещаются до 1000 микросхем и одновременно технологический процесс идет на несколько десятков пластин, поэтому стоимость одной пластины небольшая.

Основная структура полупроводниковой ИМС – это транзистор. На структуре транзистора выполняются все остальные элементы схемы. Для диода используются эмиттерный или коллекторный p-n -переходы, в таком случае лишний третий вывод присоединяется к выводу базы. Такое подключение называется транзистор в диодном включении.

Конденсатор. В качестве него применяется емкость p-n -перехода.

Резистор. В качестве резистора применяется область эмиттер или база, или коллектор, для чего только от этих областей делается 2 вывода.

Изоляция между элементами выполняется при помощи обратно включенных p-n -переходов, которые образуются между подложкой микросхемы и элементом. Такой p-n -переход имеет большое сопротивление, а значит выполняется изоляция.

Достоинства ИМС:

1. высокая степень интеграции.

2. малое количество сварных соединений, а значит высокая надежность.

3. малый размер, вес.

4. низкая себестоимость.

Недостатки ИМС:

1. один из больших недостатков – трудно получить большое количество элементов с разными параметрами.

2. существуют какие-то паразитные связи между элементами.

3. такие микросхемы, как правило, маломощные.

В качестве базового узла предварительных усилителей наиболее широко применяется усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенный по схеме с ОЭ. Простейшая схема такого каскада приведена на рис. 1.

рис. 1.

Графики, поясняющие его работу на рис. 2.

рис. 2.

Для получения наименьших нелинейных искажений усиливаемого сигнала, рабочую точку А выбирают посередине рабочего участка характеристик (участок ВС на рис. 2.b). Выбранный режим обеспечивается требуемой величиной I_бА, задаваемого R_б.

При подаче на вход транзистора напряж. сигнала U_вх происходит изменение ток базы, а, следовательно, и изменение I_к, и напряжения на R_Н. Амплитуда выходного тока I_кm примерно в β_БТ раз больше амплитуды базового тока I_бm, а амплитуда коллекторного напряж. U_кm во много раз больше амплитуды U_вх:

U_кm >> U_вх.m = U_бэ.m.

Т.о каскад усиливает I и U входного сигнала, что иллюстрирует рис. 2.a и b.

Пользуясь графиками нетрудно определить основные параметры каскада:

1. входное сопротивление R_вх = U_бэm / I_бm.

2. коэффициент усиления по току H_i = I_кm / I_бm.

3. коэффициент усиления по напряжению H_u = U_кm / U_бэm.

4. коэффициент усиления по мощности H_p = H_uH_i.

Обычно каскады предварительных усилителей работают в режиме усиления слабых сигналов. Это особенность позволяет использовать аналитические методы расчета параметров каскадов по известным H-параметров транзисторов.

Дата добавления: 2015-05-06