Двухполупериодный выпрямитель

Однополупериодный выпрямитель.

U2 - Напряжение на вторичной обмотке трансформатора. Uн – Напряжение на нагрузке. Uн0 – Напряжение на нагрузке при отсутствии конденсатора. Недостатками такой схемы выпрямления являются: Высокий уровень пульсации выпрямленного напряжения, низкий КПД, значительно больший, чем в других схемах, вес трансформатора и нерациональное использование в трансформаторе меди и стали. Данная схема выпрямителя применяется крайне редко и только в тех случаях, когда выпрямитель используется для питания цепей с низким током потребления.

При положительной полуволне ток идёт через первый диод и Rн. При отрицательной полуволне ток идёт через второй диод и Rн. Плюсы: в 2 раза больше напряжение постоянной направляющей, в 2 раза выше частота пульсации. Минусы: больше затрат материала, более грамостка, наличие потерь.

Мостовая схема.

При положительной полуволне ток проходит через 1,3 и Rн. При отрицательной полуволне ток проходит через 2,4 и Rн. Плюсы: высокий КПД. Фильтры используются для сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения. Простейшим фильтром является конденсатор большой емкости, подключаемый к выходу выпрямителя. Обычно в качестве такового используют оксидные (электролитические) конденсаторы емкостью от нескольких десятков до нескольких тысяч микрофарад. Однако степень сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения емкостным фильтром при больших токах нагрузки оказывается недостаточной. Для повышения уровня сглаживания пульсаций выпрямленного напряжения к выходу выпрямителя подключают более сложные фильтры, в состав которых помимо конденсаторов входят резисторы, дроссели, электронные лампы или транзисторы. Чтобы определить, какой фильтр лучше, вводят специальный параметр — коэффициент сглаживания. Он рассчитывается как отношение коэффициента пульсаций на выходе фильтра (Крвых) к коэффициенту пульсаций на его входе (Крвх): Кс = Крвых/Крвх. Фильтры бывают: низких частот, высоких частот, полосовой фильтр, полосозаграждающий фильтр.

14) Ёмкость, p-n-переход можно рассматривать как плоский конденсатор, обкладками которого служат области n- и p-типа вне перехода, а изолятором является область объемного заряда, обеднённая носителями заряда и имеющая большое сопротивление. Такая ёмкость называется барьерной. Она зависит от внешнего приложенного напряжения, поскольку внешнее напряжение меняет пространственный заряд. Действительно, повышение потенциального барьера при обратном смещении означает увеличение разности потенциалов между n- и p-областями полупроводника, и, отсюда, увеличение их объёмных зарядов. Поскольку объёмные заряды неподвижны и связаны с ионами доноров и акцепторов, увеличение объёмного заряда может быть обусловлено только расширением его области и, следовательно, уменьшением электрической ёмкости перехода. В зависимости от площади перехода, концентрации легирующей примеси и обратного напряжения барьерная емкость может принимать значения от единиц до сотен пикофарад. Барьерная ёмкость проявляется при обратном напряжении; при прямом напряжении она шунтируется малым сопротивлением p-n-перехода.

Варикапом называется полупроводниковый нелинейный управляемый конденсатор, сконструированный таким образом, чтобы потери в. диапазоне рабочих частот были минимальными.Изменяя напряжение на варикапе, подключенном к колебательному контуру, можно обеспечить дистанционное и безынерционное управление резонансной частотой контура. Нелинейность емкости р-п перехода позволила создать новые типы радиотехнических устройств: параметрические усилители, схемы умножения и деления частоты и др. Применение: подстройка частоты колебательных контуров.

15) Стабилитрон – это полупроводниковый прибор с двумя электродами, служащий для стабилизации напряжения. Он работает при обратном смещении, а его работа основана на явлении электрического пробоя. ВАХ стабилитрона

При скачке напряжения питания, стабилитрон открывается и ток через него резко увеличивается, увеличивается и падение напряжения на нём.

Простейшим стабилизатором напряжения является стабилизатор на кремниевом стабилитроне

Для нормальной работы такого стабилизатора необходимо, чтобы ток Iст, протекающий через стабилитрон, не был меньше, чем Iст.мин, и больше, чем Iст.макс. При изменении тока, протекающего через стабилитрон в этих пределах, на нем и на подключенной параллельно ему нагрузке Rн напряжение, называемое напряжением стабилизации Uст стабилитрона, будет оставаться постоянным. Если напряжение Uвх, поступающее на вход стабилизатора, в процессе работы может изменяться от некоторого наименьшего значения Uвх.мин до наибольшего Uвх.макс, то при неизменном напряжении на стабилитроне все изменения входного напряжения должны гаситься на резисторе R1. Поэтому резистор R1 называют гасящим, или балластным. Чтобы при этом изменения тока, протекающего через стабилитрон, не выходили за пределы, ограниченные значениями Iст.мин и Iст.макс, нужно правильно рассчитать сопротивление этого резистора.Отношение относительного изменения напряжения на входе стабилизатора (ΔUвх/Uвх) к относительному изменению напряжения на его выходе (ΔUвых/Uвых) называют коэффициентом стабилизации (Кст).

16) Фотодиод – полупроводниковый диод, обладающий свойством односторонней фотопроводимости при воздействии на него оптического излучения. Фотодиод представляет собой полупроводниковый кристал, обычно с электронно-дфрочным переходом (п-н переходом), снабжённый 2-мя металлическими выводами. Различают 2 режима работы фотодиода: фотожоидный – когда во внешней цепи фотодиода содержится источник постоянного тока создающий на p-n-переходе обратное смещение, и вентельный – когда такой источник отсутствует. В фотодиодном режиме, фотодиод, как и фоторезистор, используют для управления электрическим током в цепи фотодиода в соответствии с изменением интенсивности падающего излучения. Фототок в фотодиоде в широких пределах линейно завист от интенсивности падающего излучения, и практически не зависит от напряжения смещения. В веньтельном режиме фотодиод, как и полупроводниковый фотоэлемент, изспользует в качестве генератора фото ЭДС. Основные параметры фотодиода: порог чувствительности, уровень шумов, область спектральной чувствительности от 0,3-15 микрометров, энерционность, время становления фототока.

17) Светодиод -полупроводниковый прибор, излучающий некогерентный свет при пропускании через него электрического тока. Работа основана на физическом явлении возникновения светового излучения при прохождении электрического тока через p-n-переход. Цвет свечения (длина волны максимума спектра излучения) определяется типом используемых полупроводниковых материалов, образующих p-n-переход. Достоинства: не имеют никаких стеклянных колб и нитей накаливания, что обеспечивает высокую механическую прочность и надежность, отсутствие разогрева и высоких напряжений гарантирует высокий уровень электро- и пожаробезопасности, безынерционность делает светодиоды незаменимыми, когда требуется высокое быстродействие, миниатюрность, долгий срок службы, высокий КПД, относительно низкие напряжения питания и потребляемые токи, низкое энергопотребление, большое количество различных цветов свечения, направленность излучения, регулируемая интенсивность.Недостатки:относительно высокая стоимость, малый световой поток от одного элемента, ухудшение параметров светодиодов со временем, повышенные требования к питающему источнику. У светодиодов есть несколько основных параметров: тип корпуса, типовой (рабочий) ток, падение (рабочее) напряжения, цвет свечения (длина волны, нм), угол рассеивания.В основном под типом корпуса понимают диаметр и цвет колбы (линзы). Как известно, светодиод - полупроводниковый прибор, который необходимо запитать током. Так ток, которым следует запитать тот или иной светодиод называется типовым. При этом на светодиоде падает определенное напряжение. Цвет излучения определяется как используемыми полупроводниковыми материалами, так и легирующими примесями. Важнейшими элементами, используемыми в светодиодах, являются: Алюминий (Al), Галлий (Ga), Индий (In), Фосфор (P), вызывающие свечение в диапазоне от красного до жёлтого цвета. Индий (In), Галлий (Ga), Азот (N) используют для получения голубого и зелёного свечений. Кроме того, если к кристаллу, вызывающему голубое (синее) свечение, добавить люминофор, то получим белый цвет светодиода. Угол излучения также определяется производственными характеристиками материалов, а также колбой (линзой) светодиода. Так как светодиод является полупроводниковым прибором, то при включении в цепь необходимо соблюдать полярность. Светодиод имеет два вывода, один из которых катод (минус), а другой - анод (плюс). Светодиод будет гореть только при прямом включении. При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения. При обратном включении светодиод "гореть" не будет. Более того, возможен выход из строя светодиода при малых допустимых значениях обратного напряжения. Что бы правильно подключить светодиод в самом простом случае необходимо подключить его через токоограничивающий резистор.

Оптопара(оптрон) -электронный прибор состоящий из излучателя света (обычно излучающий диод) и фотоприёмника, связанных оптическим каналом и объеденённых в общем корпусе. Принцип работы оптрона заключается в преобразовании электрического сигнала в свет, его передачи по оптическому каналу, и преобразованием обратно в электрический сигнал. Оптроны можно разделить по типу приёмника: с фоторезистором, с фотодиодом, с биполярным (обычным или составным) фототранзистором, с полевым фототранзистором, с фототерристором. Оптроны с открытым оптическим каналом, доступным для механического воздействия, используются как датчики в детекторах наличия, датчиках конца или начала, счётчиков и дискретных спидометрах на их базе. Оптроны используются для гальванической развязки цепей, передачи сигнала без передачи напряжения, для без контактного управления и защиты. Достоинства этих приборов базируется на общем оптоэлектронном принципе использования электрически нейтральных фатонов для переноса информации. Основные из них следующие: возможность обеспечения идеальной электрической и гальванической развязки между входом и выходом, возможность реализации безконтактного оптического управления электронными объектами, однонаправленность распространения информации по оптическому каналу, отсутствие обратной реакции приёмника на излучатель, широкая частотная полоса пропускания оптрона, отсутствие ограничения со стороны низких частот, возможность передачи по оптронной цепи как импульсного сигнала так и постоянной состовляющей, возможность управления выходнм сигналом оптрона путём воздействия (в том числе и не электрического) на материал оптического канала.

18) Биполярный транзистор - электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, предназначенный для усиления, преобразования и генерации электрических сигналов. Устройство плоскостного биполярного транзистора показано на рисунке.

Вся конструкция выполняется на пластине кремния, либо германия, либо другого полупроводника, в которой созданы три области с различными типами электропроводности. На рисунке транзистор типа n-p-n, у которого средняя область с дырочной, а крайние с электронной электропроводностью. Средняя область называется базой, одна из крайних областей - эмиттером, другая - коллектором. Соответственно в транзисторе два p-n-перехода: эмиттерный - между базой и эмиттером и коллекторный - между базой и коллектором. Область базы должна быть очень тонкой, гораздо тоньше эмиттерной и коллекторной областей (на рисунке это показано непропорционально). От этого зависит условие хорошей работы транзистора. Транзистор работает в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном - обратное. В режиме отсечки на оба перехода подано обратное напряжение. Если на эти переходы подать прямое напряжение, то транзистор будет работать в режиме насыщения. Возьмем транзистор типа n-p-n в режиме без нагрузки, когда подключены только два источника постоянных питающих напряжений E1 и E2. На эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном - обратное (рис. 2). Соответственно, сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения нормального тока достаточно напряжения E1 в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно десятки вольт.

Соответственно, как и раньше, темные маленькие кружки со стрелками - электроны, красные - дырки, большие кружки - положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода представляет собой характеристику полупроводникового диода при прямом токе, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода подобна ВАХ диода при обратном токе. Принцип работы транзистора заключается в следующем. Прямое напряжение эмиттерного перехода uб-э влияет на токи эмиттера и коллектора и чем оно выше, тем эти токи больше. Изменения тока коллектора при этом лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Получается, что напряжение на переходе база-эмиттер, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. На этом явлении основано усление электрических колебаний с помощью транзистора. Рассмотрим физические процессы. При увеличении прямого входного напряжения uб-э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и, соответственно, возрастает ток через этот переход iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды (на рисунке большие кружки). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода. Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невилика, то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате этого возникает ток базы. Ток база является бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Именно поэтому базовую область делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать с дырками и, повторюсь, ток базы будет незначительным. Когда к эмиттерному переходу не приложено напряжение, можно считать, что в этом переходе тока нет. Тогда область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку основные носители зарядов удаляются от этого перехода и по обе границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный перемещением навстречу друг другу неосновных носителей. Если же под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, то в базу со стороны эмиттера инжектируются электроны, для данной области являющиеся неосновными носителями. Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу. Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллектору, тем меньше становится его сопротивление, следовательно, ток коллектора увеличивается. Аналогичные явления происходят в транзисторе типа p-n-p, надо только местами поменять электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2. Помимо рассмотренных процессов существует еще ряд явлений. При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение заряда, обусловленное в основном ударной ионизацией. Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой. Все происходит также, как у диодов, но в транзисторе при чрезмерном коллекторном токе тепловой пробой может наступить без предварительного электрического пробоя, т. е. тепловой пробой может наступить без повышения коллекторного напряжения до пробивного. При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы. Это явление называется модуляцией толщины базы. Особенно важно учитывать напряжение коллектор-база, поскольку при этом толщина коллектора возрастает, толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект смыкания (так называемый "прокол" базы) - соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать. При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей заряда в базе, т. е. увеличение концентрации и суммарного заряда этих носителей. А вот при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда этих самых носителей в базе и сей процесс обозвали рассасыванием неосновных носителей зарядов в базе. И на последок одно правило: при эксплуатации транзисторов запрещается разрывать цепь базы, если не включено питание цепи коллектора. Надо также включать питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот.

19) математическая модель транзистора. Общая эквивалентная схема транзистора, используемая при получении математической модели, показана на рисунке. Каждый p-n-переход представлен в виде диода, а их взаимодействие отражено генераторами токов. Если эмиттерный p-n-переход открыт, то в цепи коллектора будет протекать ток, несколько меньший эмиттерного (из-за процесса рекомбинации в базе). Он обеспечивается генератором тока . Индекс N означает нормальное включение. Так как в общем случае возможно и инверсное включение транзистора, при котором коллекторный p-n-переход открыт, а эмиттерный смещен в обратном направлении и прямому коллекторному току соответствует эмиттерный ток , в эквивалентную схему введен второй генератор тока , где - коэффициент передачи коллек­торного тока.Таким образом, токи эмиттера и коллектора в общем случае содержат две составляющие: инжектируемую ( или ) и собираемую ( или ): Эмиттерный и коллекторный p-n -переходы транзистора аналогичны p-n -переходу диода. При раздельном подключении напряжения к каждому переходу их вольтамперная характеристика определяется так же, как и в случае диода. Однако если к одному из p-n -переходов приложить напряжение, а выводы другого p-n -перехода замкнуть между собой накоротко, то ток, протекающий через p-n -переход, к которому приложено напряжение, увеличится из-за изменения распределения неосновных носителей заряда в базе. Тогда:

где - тепловой ток эмиттерного p-n -перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах базы и коллектора; - тепловой ток коллекторного p-n -перехода, измеренный при замкнутых накоротко выводах базы и эмиттера.

20) МАЛОСИГНАЛЬНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА При малых сигналах биполярный транзистор можно представить в видечетырехполюсника. В системе h-параметров независимыми переменными принимаются I1 и U2,

ф зависимыми – U1 и I2: U1 = h11I1 + h12U2 а I2 = h21I1 + h22U2. Физический смысл h- параметров: h11- входное сопротивление при постоянном выходном напряжении; h12 - коэффициент обратной связи по напряжению, безразмерная величина. h21 - коэффициент усиления по току, безразмерная величина. h22 - выходная проводимость, измеряется в Сименсах(См).

21) усилительный каскад с общим эмитором. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером является наиболее распространенной схемой усилительного каскада. При данном включении транзистора эмиттер является общей точкой входа и выхода каскада. Входным током является ток базы, входным напряжением - напряжение база-эмиттер, выходным током - ток коллектора, выходным напряжением - напряжение коллектор-эмиттер. Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд или действующих значений выходного и входного переменного тока, то есть переменных составляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения и имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мощности получается равным сотням, тысячам, или даже десяткам тысяч. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало - от 100 до 1000 Ом. С увеличением сопротивления нагрузки входное сопротивление уменьшается. Каскад по схеме с общим эмиттером при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°. Итак, достоинствами схемы с общим эмиттером являются: большой коэффициент усиления по току и большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление. Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с общим эмиттером применяется наиболее часто. Каскад с общим эмиттером (ОЭ) является одним из самых распространенных усилительных каскадов на биполярных транзисторах. Он получил такое название потому, что эмиттер транзистора является общим электродом для входной и для выходной цепей каскада.

Назначение элементов каскада. Резисторы R1 и R2 задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки. Резистор R3 задает, совместно с источником питания, положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и одновременно определяет коэффициент усиления каскада. Например, на средних частотах:

h11э – входное сопротивление транзистора; h21э – коэффициент передачи тока транзистора. Резистор R4 в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом. Например, при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора IК0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе R4 (UR4=R4IК0). Поскольку сопротивления R1 и R2 практически не зависят от температуры, напряжение между базой и корпусом Uб корп при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R2, UБЭ, R4, напряжение база-эмиттер UБЭ уменьшится: что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора R4 не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток IК0 при этом во много раз снижается. Кроме обеспечения термостабилизации резистор R4 участвует совместно с базовым делителем, состоящим из сопротивлений R1 и R2, в создании начального смещения UБЭ между базой и эмиттером:

где IЭ0 – ток покоя эмиттера. Применение резистора R4 для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной связи. Для ослабления этой обратной связи параллельно резистору R4 включают конденсатор С3. Емкость конденсатора С3 выбирают такой, чтобы даже на самой нижней частоте полосы пропускания каскада его сопротивление было много меньше сопротивления R4. Конденсатор С1 разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад. Конденсатор С2 разделяет по постоянному току усилительный каскад и нагрузку. Транзистор обеспечивает усиление сигнала. Источник питания ЕП обеспечивает энергию усиления сигнала. Каскад ОЭ инвертирует (поворачивает на 180°) фазу выходного сигнала относительно входного. Действительно, например, при нарастании напряжения входного сигнала uВХ увеличивается напряжение uБЭ. Это ведет к увеличению тока базы iБ и, следовательно, к увеличению тока коллектора. Увеличение тока коллектора ведет к уменьшению выходного напряжения (напряжения между коллектором и корпусом uК.К) uВЫХ=uК.К и, наоборот, уменьшение тока коллектора ведет к увеличению выходного напряжения: . Каскад с общим эмиттером усиливает и напряжение, и ток, поэтому у него самый большой по сравнению с другими каскадами коэффициент усиления мощности КР. Основными характеристиками усилительного каскада являются амплитудная характеристика (АХ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ). Основными параметрами усилительного каскада являются входное и выходное сопротивления, динамический диапазон D (определяется по АХ), полоса пропускания сигнала Df (определяется по АЧХ), нижняя fН и верхняя fВ граничные частоты полосы пропускания.

22) усилительный каскад с общим коллектором. При включении в цепь транзистора с общим коллектором возникает наибольшее входное сопротивление, до сотен килоом, которое увеличивается при возрастании сопротивления нагрузки. Выходное сопротивление такого вида включения меньше, чем при других, принимает значение в пределах от десятых долей ома до тысячи и резко увеличивается при возрастании внутреннего сопротивления источника сигнала. Коэффициент усиления напряжения в случае включения транзистора с общим коллектором меньше единицы,коэффициент усиления тока немного больше, чем при включении с общим эмиттером, и сильно меняется при изменении режима работы, температуры и замене транзисторов. Выходной сигнал этой схемы совпадает по фазе с входным сигналом. Включение с общим коллектором применяется в каскадах предварительного усиления при условии необходимости большого входного сопротивления и малой входной емкости, а также в каскадах с большой выходной мощностью, с малым входным сопротивлением или малыми нелинейными искажениями.В силу того, что выход сопутствует току эмиттера, эту схему иногда называют эмиттерным повторителем. Каскады с общим коллектором (ОК) обычно применяются для согласования высокоомного источника сигнала и низкоомной нагрузки. В этом каскаде выходное напряжение снимается с резистора R3, включенного в цепь эмиттера.

По переменной составляющей тока и напряжения коллектор соединен с общей точкой усилителя. Входное напряжение подается между базой и коллектором. Резисторы R1 и R2 задают напряжение покоя базы, которое определяет положение точки покоя на линии нагрузки. Конденсатор С1 разделяет каскад и источник сигнала по постоянному току. Конденсатор С2 разделяет каскад и нагрузку по постоянному току. Каскад усиливает ток, а напряжение не усиливает. Коэффициент усиления тока:

Коэффициент усиления напряжения каскада:

Из-за того, что выходное напряжение практически равно входному напряжению, каскад с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем. Каскад имеет большое входное Rвх и малое выходное Rвых сопротивления из-за 100% последовательной по входу и параллельной по выходу отрицательной обратной связи. При большом сопротивлении базового делителя имеем:

24) Полевые транзисторы - это полупроводниковые приборы, усилительные свойства которых обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемым электрическим полем. Полевые транзисторы предназначены для усиления мощности и преобразования электрических колебаний. В полевых транзисторах в образовании выходного тока участвуют носители только одного типа: или дырки, или электроны. Отсюда другое название полевых транзисторов - униполярные. Носители заряда являются основными для активной области полевого транзистора, которую называют каналом. Существует два типа полевых транзисторов: с управляющим р-n- переходом и изолированным затвором. Транзисторы с управляющим p-n-переходом Рассмотрим упрощенную структуру и принцип действия транзистора суправляющим р-n-переходом (рисунок 3.16 а). Транзистор представляет собой пластину полупроводника n- или р-типа, на гранях которой созданы области противоположного типа электропроводности 3, на границах между вторыми образованы р-n-переходы. На торцевых сторонах пластины и нa областях формируют омические контакты. Контакты областей 3 соединены между собой и образуют общий контакт. От всех трех контактов имеются выводы. Часть объема пластины полупроводника, расположенная между p-n-переходами, является активной частью транзистора - канал транзистора Контакт, через который носители заряда входят в канал, называют истоком (И); контакт, через который носители заряда вытекают, называют стоком (С); общий электрод от контактов областей (3) - затвором. В дальнейшем будем рассматривать транзистор на основе пластины полупроводника n-типа с областями на гранях р-типа. На оба р-n-перехода подается обратное напряжение смещения. Если бы канал был р-типа, а области на гранях n-типа, то полярность была бы обратной. При изменении Uзи изменяются ширина р-n-перехода, а следовательно, и сечение канала и его электрическое сопротивление. Таким образом, Uзи управляет сопротивлением канала. Если между истоком и стоком включить источник напряжения Uси так, чтобы потенциал стока был положительным относительно истока, то через канал начнется дрейф основных для канала носителей заряда (электронов) от истока к стоку, т.е. через канал будет проходить ток IС (направление тока от стока к истоку). Включение источника Uси влияет и на ширину p-n-перехода, так как напряжение на p-n-переходе оказывается разным около стока и истока. Потенциал канала меняется по его длине: потенциал истока равен нулю, повышаясь в сторону стока, потенциал стока ранен Uси. Напряжение смещения на р-n-переходе вблизи истока равно |Uзи|, вблизи стока |Uзи| + Ucи, т.е. ширина р-n-перехода больше со стороны стока, а сечение канала и, следовательно, сопротивление его наименьшие вблизи стока. Таким образом, током через канал можно управлять путем изменения напряжений Uзи (изменяет сечение канала) и Ucи (изменяет ток и сечение по длине канала).

25) Полевые транзисторы с изолированным затвором Транзисторы этого типа называют также МДП-транзисторами (металл –диэлектрик – полупроводник) или МОП-транзисторами (металл – окисел –полупроводник), если в качестве диэлектрика используют окисел, например, SiO2. Металлический электрод, обычно, наносят распылением в вакууме; это –затвор. МДП-транзисторы бывают двух типов: со встроенным каналом и с индуцированным каналом. МДП-транзистор со встроенным каналом. Его основусоставляет слабо насыщенная примесью пластина (подложка) полупроводника с электропроводностью n- или р-типа, в которой созданы две сильно насыщенные примесью области противоположного типа электропроводности. Эти области соединены между собой, т.е. в МДП- транзисторе со встроенным каналом, последний создается технологически.

На рисунках показаны схемы включения транзистора: с общим истоком (ОИ), с общим стоком (ОС), с общим затвором (ОЗ). Принцип работы МДП-транзистора со встроенным каналом рассмотрим на примере схемы с ОИ (рисунок 3.21 а). В полупроводнике у его поверхности в электрическом поле происходит обеднение или обогащение приповерхностного слоя носителями заряда, что зависит от направления электрического поля в канале транзистора. Это направление электрического поля определяется знаком потенциала на затворе относительно пластины. Если на затвор подан положительный потенциал, электрическое поле будет выталкивать дырки из канала, и канал обеднится основными носителями (дырками), а проводимость канала уменьшится.Если на затвор подан отрицательный потенциал, то дырки начнут втягиваться в канал и обогащать его основными носителями, проводимость канала увеличится. В первом случае транзистор работает в режиме обеднения, вO втором случае - в режиме обогащения. Если исток и сток подсоединить к источнику питания Uси, то начнется дрейф дырок через канал, т.е. через канал пройдет ток стока IС, значение которого зависит как от Ucи так и от Uзи. При прохождении тока в канале создается падение напряжения. Потенциал истока равен нулю, а потенциал стока равен Ucи. На границе пластины n -типа с областями р- типа и каналом р -типа образуется р-n -переход, который смещен в обратном направлении. Так как в МДП-транзисторах затвор изолирован от полупроводника пленкой диэлектрика, то эти транзисторы могут работать как при положительном, так и при отрицательном напряжении Uзи. Статические характеристики МДП-транзистора со встроенным каналом р- типа показаны на рисунке. Выходные (стоковые) - на рисунке а;переходные характеристики (стокозатворная) - на рисунке б; для режима обеднения - область I, обогащения - область II.

Полевые транзисторы с индуцированным каналом В МДП-транзисторах с индуцированным каналом канал не создается в процессе изготовления, а образуется под воздействием электрического поля.

Если к транзистору с ОИ подключить напряжение Uси, по цепи стока пойдет обратный ток р-n- перехода, значение которого очень мало. При подключении в цепь затвора напряжения Uзи так, чтобы потенциал затвора относительно истока и пластины был обязательно отрицательным (для транзистора на рисунке 3.23), под действием электрического поля под затвором приповерхностный слой пластины полупроводника обеднится. Если Uзи достигнет определенного значения, называемого пороговым Uпор, то слой полупроводника под затвором настолько обеднится, что произойдет его инверсия: образуется канал р -типа, который соединит обе области р -типа. Если Uси не равно 0, по каналу потечет ток стока. Изменяя напряжение на затворе, можно менять толщину и поперечное сечение канала и тем самым его сопротивление, а следовательно, и ток стока. На значение IС влияет также напряжение Ucи. При этом изменяется и форма канала. Семейство выходных статических характеристик (а) аналогично семейству выходных характеристик транзистора с управляющим p-n- переходом. Однако характеристика для Uзи =0 в этом случае отсутствует, так как канал индуцируется при Uзи>Uпор. Переходные характеристики (б) IС = f(Uзи) при Ucи=соnst. Они сдвинуты относительно нуля координат на Uпор.

Параметры МДП-транзисторов те же, что и у транзисторов с управляющим p-n -переходом. В качестве параметра используют также крутизнy характеристики по подложке:

МДП-транзисторы с индуцированным каналом используют чаще, чем транзисторы с встроенным каналом. Существенно то, что при отсутствии сигнала на входе они находятся в закрытом состоянии и не потребляют мощности от источника питания.

26) Тиристор – это полупроводниковый прибор с тремя и более p-n – перехо- дами, имеющий на ВАХ участок с отрицательным сопротивлением S. Тиристор может находиться в двух состояниях – закрытом (когда на приборе падает большое напряжение и через него течет малый ток) и в открытом состоянии (малое напряжение и большой ток). Тиристоры используются, в основном, в схемах переключения. Рассмотрим двухэлектродный тиристор (динистор), представляющий собой четырехслойную структуру, содержащую три p-n- перехода

Переходы П1 и П3 включены в прямом направлении; их называют эмиттерными. Переход П2 коллекторный, он включен в обратном направлении. Таким образом, структура содержит две эмиттерные области (n и p - эмиттеры) и две базовые (n и p - базы). В такой структуре реализуется внутренняя положительная обратная связь, которая приводит к переключению.

Участок 1 вольтамперной характеристики, изображенной на рисунке, подобен обратной ветви ВАХ диода, т.к. большая часть приложенного к структуре внешнего напряжения падает на коллекторном переходе, включенном в обратном направлении. С увеличением напряжения увеличивается и прямое напряжение на эмиттерных переходах П1 и П3.Электроны, инжектированные из n – эмиттера в p – базу, образуя в ней избыточный отрицательный заряд, понижающий потенциальный барьер для дырок перехода П3. Это вызывает увеличение инжекции дырок из p – эмиттера в n – базу, создавая в ней избыточный положительный заряд. Последнее обстоятельство увеличивает инжекцию электронов из n – эмиттера в p – базу и т.д. Так образуется положительная обратная связь. В результате накопления избыточного положительного заряда в p – базе и отрицательного в n – базе при некотором напряжении Uвкл коллекторный переход оказывается включенным в прямом направлении, происходит резкое увеличение тока и одновременно уменьшение падения напряжения на тиристоре (участок 2 на рисуноке). Для поддержания включенного (открытого) состояния необходим ток, поддерживающий избыточный заряд в базах. Если же ток понизить до значения Iвыкл., то в результате рекомбинации и рассасывания избыточных зарядов переход П2 вновь окажется включенном в обратном направлении и тиристор выключится (перейдет в закрытое состояние). Структура тиристора может быть представлена как два эквивалентных транзистора, соединенных между собой

27) Тринистор. Если из одной из баз организовать управляющий электрод (невыпрямляющий, омический контакт), получится трех электродный тиристор (тринистор), в котором возможно управление напряжением включения тиристора.

Если подать на управляющий электрод «у» напряжение такойполярности, что первый эмитерный переход будет включен в прямом направлении, то инжекция из эмиттера увеличиться, что приведет к уменьшению напряжения включения. Другими словами, меняя напряжение на управляющем электроде, можно изменять ток эмиттера, а, следовательно, и величину Uвкл.

28) Семистор. Разработаны тиристоры, имеющие одинаковые ВАХ при различной полярности приложенного напряжения. Это симметричные тиристоры – симисторы. ВАХ симистора показана на рисунке

Симистор состоит из пяти областей с чередующимся типом проводимости и содержит четыре p – n – перехода

Крайние переходы (1 и 4) зашунтированы объемными сопротивлениями прилегающих к этим переходам областей с проводимостью p – типа. Если подать «+» на области n1 и «–» на области n3, то переход 1 включен в обратном направлении и весь ток идет через базу p1. Переход 4 включен в прямом направлении. Значит, при выбранной полярности напряжения рабочая часть тиристора представляет p-n-n-p – структуру, в которой происходят те же процессы, что и в динисторе, т.е. переключение. При перемене полярности внешнего напряжения переход 4 включен в обратном направлении и зашунтирован базой р2, т.е. будем иметь n-p-n-p – структуру, т.е. тот же динистор. Таким образом, симистор – это два тиристора, включенных встречно и шунтирующих друг друга. Симистор можно сделать и управляющим, если у одной из областей р –типа сделать омический контакт с соответствующим управляющим выводом. Включение тиристора, как это следует из вышесказанного, можно производить: а) путем медленного увеличения анодного напряжения; б) путем подачи напряжения на управляющий электрод. Возможно также включение тиристора путем быстрого увеличения анодного напряжения. При этом через прибор будут протекать значительные емкостные токи, приводящие к уменьшению напряжения включения с ростом скорости изменения напряжения ∂ U / ∂ t. Выключение тиристора произойдет только при рассасывании неравновесных носителей заряда в базах.Способы выключения: а) разрыв цепи анодного тока; б) изменение полярности анодного напряжения; в) с помощью тока управления.

Дата добавления: 2015-06-04