Вольтамперная характеристика (ВАХ)

Зависимость тока протекающего через полупроводниковый диод от приложенного к его выводам напряжения называется вольтамперной характеристикой.

Рисунок 2.5. – Вольтамперная характеристика диода.

Классификация диодов и основные рабочие параметры

Диоды классифицируются по назначению, конструктивно-технологическим особенностям, роду используемого материала:

§ по назначению

1) выпрямительные;

2) стабилитроны;

3) высокочастотные;

4) импульсные;

5) варикапы;

§ по конструктивно-технологическим особенностям

1) плоскостные;

2) точечные;

§ по роду используемого материала

1) германиевые;

2) кремниевые и т.д.

Основные параметры диодов:

1) средний прямой ток– среднее значение выпрямленного тока, который может длительно протекать через диод при допустимом его нагреве;

2) среднее прямое напряжение, однозначно определяемое по ВАХ при заданном значении );

3) постоянный обратный ток ;

4) постоянное обратное напряжение;

5) диапазон рабочих частот D f, в пределах которого ток диода не уменьшается ниже заданного значения;

6) емкость диода при обратном включении.

Параметры предельного электрического режима диодов: - максимально допустимое постоянное обратное напряжение, которое длительно выдерживает диод без нарушения нормальной работы (берется на 20% меньше напряжения пробоя ); - максимально допустимый постоянный прямой ток диода; - максимально допустимая температура корпуса; Р _max – максимально допустимая рассеиваемая мощность; f _max – максимальная рабочая частота.

Рисунок 2.6. - Внешний вид полупроводниковых диодов.

Лекция 3. Биполярный транзистор (триод)

Транзистор – это преобразовательный прибор, имеющий не менее трех выводов и пригодный для усиления мощности. Использование в качестве носителей зарядов обеих полярностей – электронов и дырок предопределило название полупроводниковых триодов – биполярные.

Рассмотрим, прежде всего, как работает транзистор, для примера p-n-p без нагрузки, когда включены только источники постоянных питающих напряжений Е1 и Е2 (рис. 3.1).

Рисунок 3.1. - Схема подключения биполярного транзистора.

Обычно Е2 >> Е1. При замыкании ключей Пр1 и Пр2 через эмиттерный p-n - переход пройдет прямой ток, создаваемый направленным движением основных носителей заряда: дырок эмиттера и электронов базы. Путь тока: + Е1, mА1, эмиттер, база, mА2, ключи Пр2 и Пр1, - Е1.

Если ключ Пр1 разомкнуть, а ключи Пр2 и Пр3 замкнуть, то в цепи пройдет незначительный обратный ток.

При замыкании всех трех ключей в цепи эмиттер – база имеет место многократное расхождение между количеством дырок, проходящих в базу и числом электронов, движущихся в противоположном направлении. Это явление вызвано тем, что концентрация носителей заряда в базе значительно меньше, чем в эмиттере, поэтому дырки, попав в базу, для которой они являются неосновными носителями заряда, начинают рекомбинировать с электронами. Но рекомбинация – процесс не мгновенный. Поэтому почти все дырки успевают пройти через тонкий слой базы и достигнуть коллекторного p-n-перехода прежде, чем произойдет рекомбинация. Пройдя к коллектору дырки, начинают испытывать действие электрического поля, создаваемого источником напряжения Е2. Это поле для дырок является ускоряющим, благодаря чему и создается ток коллектора.

Ток эмиттерного перехода состоит из двух составляющих: дырочной и электронной

.

В результате рекомбинации части дырок с электронами

.

Рисунок 3.2. - Распределение токов в биполярном транзисторе.

Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор вводят коэффициент переноса дырок в базе:

.

Стремятся получить значение коэффициента переноса как можно ближе к единице. Реально эта цифра находится в пределах 0,96 …0,996.

Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является так называемый коэффициент инжекции, показывающий какую часть от полного тока, занимает его дырочная составляющая (= 0,97 … 0,995)

.

Коллекторный ток транзистора, обусловленный дырочной составляющей, связан с током эмиттера коэффициентом передачи тока

.

После перемножения числителя и знаменателя на значение , получим

Следовательно, коэффициент передачи тока тем ближе к единице, чем меньше от нее отличаются и .

Наличие коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, приводит к появлению дополнительной неуправляемой составляющей тока коллектора, обусловленной протеканием обратного тока коллекторного перехода , часто называемого тепловым.

Рисунок 3.3. – Обозначение биполярного транзистора на принципиальных схемах.

Рисунок 3.4. – Внешний вид биполярных транзисторов.

Управляющие свойства транзистора, характеризующие изменение выходного (коллекторного) тока под действием подводимого входного тока , обуславливается изменением дырочной составляющей эмиттерного тока . Таким образом, принцип действия биполярного транзистора основан на создании транзисторного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера в коллектор через базу и управлении коллекторным током за счет изменения эмиттерного (входного) тока. Следовательно, биполярный транзистор управляется током.

При работе под нагрузкой режим и параметры работы биполярного транзистора будут отличаться от ранее рассмотренного. Здесь транзистор используется в качестве усилителя электрических колебаний, работа которого основана на зависимости тока коллектора от величины напряжения, приложенного к участку эмиттер – база (см. рисунок).

При отсутствии переменного напряжения Uвх до момента t1 в цепи эмиттера протекает ток Iэ, а в цепи коллектора – ток Iк, почти равный по величине току Iэ. Проходя по сопротивлению тока нагрузки Uн = Iк× Rн. При подаче на вход транзистора последовательно с напряжением Е1 переменного напряжения Uвх эмиттерный ток становится пульсирующим. При этом будет изменяться количество дырок, вводимых из эмиттера в базу, а, следовательно, и ток в цепи коллектора Iк. Этот ток, проходя через сопротивление нагрузки Rн, создает на нем пульсирующее напряжение, повторяющее по форме входной сигнал. Переменная составляющая пульсирующего Uвх отделяется с помощью конденсатора Ср от постоянной составляющей и подается на выход усилителя в виде переменного напряжения Uвых. Здесь следует подчеркнуть, что усиление сигнала с помощью транзистора происходит за счет потребления энергии источников питания. Сам транзистор выполняет функции свободного регулятора, который под воздействием слабого входного сигнала, введенного в цепь с малым сопротивлением, изменяет ток в выходной цепи, обладающей большим сопротивлением.

Число, показывающее во сколько раз переменное напряжение на выходе усилителя превышает напряжение сигнала на входе, называется коэффициентом усиления по напряжению и обозначается KU

KU = Uвых / Uвх = (Iк RН) / (Iэ rЭ).

Так как Iк» Iэ, то

KU» Rн / rэ.

Из вышеприведенного рассмотрения работы транзистора в качестве усилителя ясно, что ток Iк в выходной цепи всегда несколько меньше тока Iэ, протекающего во входной цепи. Тем не менее, одним из показателей, характеризующих усилительные свойства транзистора, является так называемый коэффициент усиления по току KI, представляющий собой отношение приращения выходного тока к вызвавшему его приращению входного тока. Для приведенной выше схемы включения транзистора коэффициент усиления по току KI = D Iк / DIэ - величина меньше единицы (0,9 … 0,99) и носит более точное название «коэффициент передачи тока эмиттера» и обозначается буквой a. Чем больше коэффициент a, тем больше коэффициенты усиления транзистора по напряжению и по мощности (KP = KI · KU).

Принцип действия транзистора, собранного по иной структурной схеме – n-p-n, не отличается от рассмотренного выше. Здесь в область базы вводится из эмиттера не дырка, а электрон.

Различные схемы включения транзисторов имеют разные свойства, но принцип усиления электрических колебаний в них одинаков.

Дата добавления: 2014-01-03