Параметри електричних сигналів.

Параметри електричних сигналів.

Синусоїдальний сигнал.

Т-період (відбувся повний цикл змін)

f = 1/T - частота (Гц)

Діюче значення синусоїдального сигналу U_д=Umax/ÖU

 

 

Трапециїдальний сигнал

Трикутний сигнал

 

Пилкоподібний сигнал

Прямокутний сигнал (відеоімпульс)

τ_і -час імпульсу

τ_ф -час фронту

τ_с - час спаду

τ_в - час вершини

 

 

Гост 16263-70 “Державна система забезпечення єдності вимірювань. Метрологія. Терміни і визначення”

Шпаруватість Q - це відношення періоду проходження прямокутних імпульсів до тривалості самого імпульсу

 

 

 

Імпульс вважається прямокутним, якщо його вершина по тривалості складає не менше 0.7 від тривалості самого імпульсу.

tВ/ tі =1¸ 0,7

Якщо співвідношення менше, то імпульс може перетворитися на трапецеїдальний або трикутний.

Напівпровідники і їх властивості.

До напівпровідників відносять: кремній, германій, індій, фосфор, оксиди, сульфіди і ряд мінералів.

Напівпровідники бувають кристалічні, аморфні і рідкі. Напівпровідники не дуже добре проводять струм.

У напівпровідниковій електроніці використовують кристали.

Основні особливості напівпровідників: зростання питомої електричної провідності при підвищенні температури.

G-проводність (См)

Електропровідність напівпровідників залежить від: нагрівання, опромінювання (будь-якого, навіть освітлення),електромагнітного поля, тиску, прискорення, від незначної кількості домішок.

Власний напівпровідник- це речовина, в якій не міститься домішок і немає структурних порушень кристалічної решітки. (У ній при 0ْ К- електричний струм відсутній.)

 

Процес утворення дірок.

При підвищенні температури або при іншій дії (див. вище) частина ковалентних зв'язків може бути розірвана і валентні електрони, ставши вільними, можуть ’’піти” від свого атома. Втрата електрона перетворює атом на позитивний іон. У зв'язках, в тому місці, де він був, утворюється “вакантне” місце -дірка.

Заряд дірки позитивний і за значенням дорівнює заряду електрона. Дірку може заповнити валентний електрон сусіднього атома, на місці якого, в ковалентному зв'язку утворюється нова дірка. Таким чином, дірки переміщаються в протилежну напрямку електронам. При цьому в кристалічній решітці атоми жорстко закріплені у вузлах. Якщо зовнішнє електричне поле відсутнє, то електрони провідності здійснюють хаотичний рух. І тільки під впливом зовнішнього поля рух електронів і дірок набуває переважаючого напрямку,а це ніщо інше як електричний струм.

Електрони рухаються проти напрямку електричного струму, а дірки за напрямом (електричний струм рухається від більшого до меншого потенціалу)

Означення: Електропровідність власного напівпровідника, що виникає за рахунок порушення ковалентних зв'язків називається власною електричною провідністю.

Процес утворення пари електрон-дірка провідності називається генерацією пар носіїв зарядів.

Якщо дірка заповнюється електроном, електрон стане невільним і втратить можливість переміщатися, а надлишковий позитивний заряд іона-атома буде нейтралізованим.При цьому для зовнішнього поля одночасно зникає і дірка, і електрон.

Процес возз'єднання електрона і дірки називається рекомбінацією.

ОЗНАЧЕННЯ: Середній час існування пари носіїв зарядів називається часом життя носіїв зарядів.

За відсутності зовнішніх дій і постійної температури напівпровідник знаходиться в стані рівноваги,т.б. число пар носіїв заряду, що генеруються, дорівнює числу рекомбінацій.

Числу носіїв заряду в одиниці об'єму напівпровідника, тобто їх концентрація, визначає значення питомої електричної провідності.

Для власних напівпровідників концентрація електронів і дірок однакова.

Домішкова провідність

Якщо в напівпровідник внести домішки він володітиме крім власної електричної провідності ще і домішковою.

Домішкова електропровідність може бути електронною або дірковою.

Внесення до напівпровідника донорних домішок (домішки, атоми яких віддають вільні електрони, називаються донорними або донорами) значно збільшує концентрацію вільних електронів, а концентрація дірок залишається така ж сама.

Якщо в напівпровіднику електропровідність зумовлена в основному електронами, то вона називається електронною, а напівпровідник n-типу.

Електрони в напівпровідниках n-типу є основними носіями заряду (їх концентрація висока), а дірки – неосновними.

Приклад: якщо в напівпровідник з чистого германію (4-х валентний) внести небагато домішку миш'яку (5-ти валентного), то з'явиться напівпровідник n-типу.

Домішки, атоми яких здатні прийняти валентні електрони сусідніх атомів, створивши в них дірку, називаються акцепторами або акцепторними.

Приклад: якщо 4-х валентний германій додати домішку з 3-х валентного індія, то напівпровідник буде акцептором.

Внесення до напівпровідника акцепторного домішку значно збільшує концентрацію дірок, а концентрація електронів залишається така сама. При цьому провідність зумовлена в основному дірками. Її називають дірчастою, а такий напівпровідник p-типу.

Дірки для напівпровідника p-типу – основні носії заряду, а електрони – неосновні.

Питома електрична провідність домішкового напівпровідника визначається концентрацією основних носіїв заряду (чим більша концентрація, тим провідність вища).

Часто напівпровідник містить і донорні, і акцепторні домішки, тоді тип провідності визначається більшою кількістю домішок. І якщо вони рівні, то такий напівпровідник називається таким, що компенсується.

P-N-ПЕРЕХіД

Область усередині нп на межі поділу його двох середовищ з різним типом домішкової електропровідності (p і n типу) називається електронно-дірчастим переходом або р-n-переходом.

Припустимо р-n -перехід утворений в результаті зіткнення двох напівпровідників р і n-типу.Концентрація електронів в області р- типу і дірок в області n-типу рівні, крім того в кожній області є невелика кількість неосновних носіїв. При зіткненні рівність між кількістю іонів і вільних носіїв заряду порушується. Оскільки між областю р і n -типу існує значна різниця концентрації електронів і дірок, відбувається дифузія дірок в область n-типу і електронів в область р-типу. Як тільки дірка покине область р-типу, в цій області поблизу межі поділу утворюється нескомпенсований негативний заряд іонів акцепторної домішки.

 

А з відходом електрона з області n-типу, в ній утворюється нескомпенсований позитивний заряд іонно-донорної домішки.

В результаті, поблизу межі поділу областей створюється об'ємний подвійний шар просторових зарядів, який називається р-n-переходом. Цей шар об'єднаний основними (рухомими) носіями заряду в обох частинах, тому його питомий опір великий. Часто цей шар називають запірним.

Пробій р-n переходу.

Різке зростання зворотного струму, що виникає навіть при незначному збільшенні зворотної напруги понад певне значення називається пробоєм р-n-переходу.

Інжекція -(вприскування) при прямому зсуві потенційний бар'єр знижується і через нього основні носії заряду переміщаються в суміжну область, де вони є неосновними.

Екстракція -(витягання)під дією поля р-n-переходу неосновні для даної області носії заряду переміщаються через р-n-перехід в сусідню область. Процес виведення неосновних носіїв заряду через перехід під впливом поля цього переходу при підключенні р-n-переходу до джерела зовнішньої напруги.

Емітер -область, з якої інжектуються носії заряду (низькоомна область).

База -область, в яку інжектуются носії заряду, і де вони є неосновними (високоомна область).

У напівпровідниках через різну концентрацію домішок різна концентрація носіїв заряду. Звідси розрізняють низькоомну і високоомну області. Як правило, переважає інжекція з низькоомної області званої - емітером, а високоомної - базою.

Пробій може бути:

- електричним - при якому р-n-перехід не руйнується і зберігає працездатність.

- тепловим - при якому руйнується кристалічна структура напівпровідника.

Електричний пробій пов'язаний із значним збільшенням напруженості електричного поля в р-n-переході.

Існує 2 типи електричного пробою:

1) Туннельний пробій - спостерігається в напівпровідниках з вузьким р-n-переходом (забезпечується високою концентрацією домішок), він пов'язаний з тунельним ефектом, це коли під впливом дуже сильного поля носії заряду можуть переходити з однієї області в іншу без затрат енергії (тунелірувати через р-n-перехід). Тунельний пробій спостерігається при зворотній напрузі в декілька вольт (до 10 В).

2) Лавинний пробій - спостерігається в напівпровідниках з широким р-n-переходом. У сильному електричному полі може виникнути ударна іонізація атомів р-n-переходу. Носії заряду на довжині вільного пробігу набувають кінетичної енергії (в тому разі якщо потенційна енергія переходить в кінетичну), достатньої для того, щоб при зіткненні з атомами кристалічної решітки напівпровідника, вибити з ковалентного зв'язку електрони. Пара, що утворилася при цьому, електрон-дірка теж бере участь в ударній іонізації. Процес наростає лавиноподібно і приводить до значного збільшення зворотного струму. Напруга лавинного пробою десятки і сотні вольт.

Тепловий пробій виникає тоді, коли потужність, що виділяється в р-n-переході, при проходженні через нього зворотного струму, перевищує ту, яку він може розсіяти. Відбувається значний перегрів переходу, зворотний струм, що є тепловим, різко зростає, що приводить до ще більшого перегріву переходу, відбувається лавиноподібне збільшення струму, в результаті виникає тепловий пробій р-n-переходу.

Напівпровідникові діоди

Напівпровідниковим діодом називають напівпровідниковий прилад з одним електричним переходом і двома омічними контактами, до яких приєднуються два виходи.

p-n перехід

 

Вихід вихід

Омічними контактами називається контакт металу з напівпровідником, який не володіє випрямляючими властивостями.

- позначення діода на принциповій схемі.

 

Електричний перехід утворюється між двома напівпровідниками з різним типом домішкової електропровідності.

Низкоомна область – емітер.

Високоомна область – база.

Діоди класифікуються

1. За основним напівпровідниковим матеріалом:

- кремнієві

- германієві

- арсенід-галієві

 

2. За фізичною природою процесу:

- тунельні діоди

- фотодіоди

- світлодіоди

і т.д.

 

3. За призначенням:

- випрямні

- імпульсні

- варікапи

- стабілітрони

 

4. За технологією виготовлення електричного переходу:

- сплавні

- дифузійні

5. За типом електричного переходу:

- точкові

- площинні

Точкові діоди

Мають дуже малу площу електричного переходу. Лінійні розміри площі менші за p-n перехід, завдяки цьому їх ємкість дуже мала і складає долі пФ. Застосовують їх для випрямляння струму високої частоти I в імпульсних схемах, все це при дуже малих струмах через невелику площу (струми 10-20 мА).

 

Площинні діоди

Мають плоский електричний перехід. Лінійні розміри його значно більші ширини p-n переходу (до декількох десятків кв.см). Через велику бар'єрну ємність p-n переходу ці діоди застосовуються на частотах до 10 кГц. Вони бувають:

- середньої потужності до 1А і до 600 В;

- великої потужності до 2000 А.

 

Випрямні діоди

У цих діодах основний параметр – використання односторонньої провідності p-n переходу. І його якість (p-n переходу) залежить від того, наскільки малий зворотний струм.

Вольт-амперні характеристики реальних діодів дуже нагадують

характеристики

p-n переходу.

 

 

 

 

 

Відмінності викликані родом напівпровідника, температурою p-n переходу.

 

Проста схема однонапівперіодного випрямляча:

 

 

 

 

Імпульсні діоди

 

Вони призначені для роботи в імпульсних схемах. У імпульсних режимах через проміжки часу, що дорівнюють одиницям мікросекунд (мкс), діоди перемикаються з прямого на зворотний. При цьому, кожен новий стан діода не може встановитися миттєво, тому важливого значення набувають так звані перехідні процеси.

 

 

 

 

Час t_вс (час встановлення) протягом якого зворотний струм змінюється від max до сталого називається часом встановлення зворотного опору (або струму) діода.

Це важливий параметр імпульсних діодів, зазвичай t_вс менше десятих доль мкс.

Тунельні діоди.

Тунельним діодом називається напівпровідниковий діод, змонтований на основі напівпровідника з великим вмістом домішок, в якому при зворотній і невеликій прямій напрузі виникає тунельний ефект, і вольт-амперна характеристика має ділянку з негативним диференціальним опором.

r_диф=dU/dI позначається:

Вольт – амперна

характеристика

 

 

Зворотний струм тунельного діода набагато більший, ніж у інших діодів, тому вони не володіють вентильною властивістю. Тунельний діод володіє підсилювальною властивістю і може працювати в схемах на ділянках а і в як активний елемент.

 

I₀

 

 

Е

U_вх

 

Величиною струму I_0, змінюючи опір R_1, ми потрапляємо на ділянку першого перегину вольт-амперної характеристики. Вихідна напруга при цьому дорівнюватиме:

U_вих=Е-I₀R₁.

Подаючи змінний сигнал на вхід підсилювача через резистор R₂, ми змінюємо струм через тунельний діод на величини:

I_0-1; I₀₊₁;

При збільшенні струму I_0+i ми потрапляємо на ділянку характеристики відповідної напруги U₃, яка має набагато більше значення падіння напруги. Таким чином, схема має підсилювальні властивості відповідні ключовому режиму.

Діоди Шоттки.

Потенційний бар'єр, отриманий на контакті метал, - напівпровідник називається бар'єром Шоттки, а діоди на його основі - діодами Шоттки.

Умовне позначення:

 

Утворений на межі між металом-напівпровідником шар, розташовується в напівпровіднику на межі з металом. Цей шар є таким, що замикає і володіє випрямляючою властивістю. У такому контакті можна забезпечити малу бар'єрну ємність, що дозволяє створити діоди і транзистори з ідеальними характеристиками для роботи в імпульсних схемах.

 

Стабілітрони.

Принцип роботи цих діодів заснований на тому, що при зворотній напрузі на р-n-переході в області електричного пробою, напруга на ньому незначно змінюється при значній зміні струму.

Умовне позначення:

 

Вольт-амперна характеристика

 

Стабілітрони призначені для стабілізації напруги і використовуються в параметричних стабілізаторах як джерело опорної напруги в схемах обмеження Дьюдеса. Напруга стабілізації (пробійна напруга) є для цих діодів робочою.

 

Схема простого параметричного стабілізатора.

R_б - баластне

R_н - навантаження

Напруга на R_н, не може перевищити напругу пробою стабілітрона, оскільки він підключений до нього паралельно. Надлишок напруги погашується на резисторі R_б

_. Основні параметри стабілітрона.

Напруга стабілізації: від 3 до 400 В.

Максимальний струм: від десятків до сотень мА

Диференціальний опір: r_е=U_ст/I_ст

 

ВАРІКАПИ.

Умовне позначення:

 

Діоди в яких використано властивість р-n-переходу, змінюють бар'єрну ємність при зміні зворотної напруги. Варікап можна розглядати як конденсатор з електронним управлінням ємністю.

 

Вольт-фарадна характеристика.

 

Показує залежність ємності конденсатора від прикладеної до нього напруги.

ОСНОВНІ ПАРАМЕТРИ ВАРІКАПА.

1. Ємність між виводами варікапа при заданій зворотній напрузі: максимальне значення від 5 до 300 пФ залежно від типу.

2. Коефіцієнт перекриття по ємності - це відношення ємності варікапа при мінімально, максимально допустимій напрузі.

Ємність варікапа як і будь-якого іншого діода визначається за формулою:

C=ЕS/d

де E-діалектрик проникності напівпровідника.

S-площа р-n- переходу

d- ширина р-n-переходу.

БІПОЛЯРНІ ТРАНЗИСТОРИ.

Розрізняють транзистори біполярні і уніполярні.

1.Транзистор біполярний -напівпровідниковий прилад з двома взаємодіючими електричними переходами і трьома (або більш) виводами, підсилювальні властивості якого зумовлені явищами інжекції і екстракції неосновних носіїв заряду.

2. Транзистором називається электроперетворюючий прилад з декількома електричними переходами, який придатний для посилення потужності, що має три або більше виводів.

 

 

Структура з таким розташуванням напівпровідникових матеріалів називається р-n-p типу або структура прямої провідності. Якщо напівпровідники поміняти місцями, то такий тип транзистора називатиметься транзистором зворотної провідності або n-p-n типу.

Електричний перехід між базою і емітером називається емітерним переходом.

Перехід між базою і колектором називається колекторним переходом.

Позначення:

p-n-p типу

 

 

n-p-n типу

 

 

безкорпусний транзистор

 

 

Rе

 

 

Для нормальної роботи будь-якого транзистора необхідно подати на його електроди початковий зсув так, щоб емітерний перехід був включений в прямому, а колекторний у зворотному напрямі.

Падіння напруги на емітерному переході складає декілька десятих доль вольта, а на колекторному - одиниці або десятки вольт.

Вольт- амперна характеристика емітерного переходу.

 

 

Вольт- амперна характеристика колекторного переходу

 

 

Поєднювальна вольт-амперна характеристика

 

 

У активному режимі прямий зсув емітерного переходу створюється за рахунок включення постійного джерела живлення U емітер-бази (U_еб), а зворотний зсув колекторного переходу за рахунок включення U колектора бази (U_кб).

 

 

I_е=I_к+I_б

У р-n-p транзисторі струм створюється переважно дірками, а в n-p-n - електронами.

Величина U_еб має невелике значення, близьке до висоти потенційного бар'єру, і становить долі вольт. Величина U_кб принаймні на порядок більша напруги U_еб і обмежується лише напругою пробою колекторного переходу.

При включенні джерел живлення U_еб і U_кб потенційні бар'єри емітерного переходу знижуються за рахунок U_еб, а потенційний бар'єр колекторного переходу підвищується за рахунок U_кб.

Дірки емітера легко долають потенційний бар'єр, що знизився, і за рахунок дифузії інжектуються в базу, а електрони бази в емітери з тієї ж причини.

Дірки емітера дифузують в базі до напряму колекторного переходу за рахунок переходу щільності дірок по довжині бази (1). Більшість з них доходять до колекторного переходу, а незначна частина рекомбінується з електронами бази. Для зменшення втрат дірок на рекомбінацію базу роблять тонкою.

Оскільки поле колекторного переходу для дірок є прискорюючим, вони втягуються через колекторний перехід колекторами, тобто відбувається екстракція дірок в колектор. Розповсюджуючись уздовж колектора за рахунок перепаду щільності, дірки досягають контакту колектора і рекомбінують з електронами, які проходять до виводу від джерела. Основні носії заряду колекторів (дірки), унаслідок того, що потенційний бар'єр колекторного переходу великий, практично не можуть піти з колектора в бази.

Через транзистор відбувається наскрізне ковзання дірок від емітера через базу до колектора і тільки незначна частина їх через рекомбінацію з електронами бази не доходить до колектора. Частина з дірками емітера заповнюється електронами джерела, які поступають в базу через її вивід. З основними носіями заряду через емітерний і колекторний переходи рухаються і неосновні для кожної з областей трнзистора носії, особливо через колекторний перехід: дірок бази в колектор; і електронів колектора в базу. Їх кількість росте з підвищенням температури. Таким чином, струм із кола емітера передаються в коло колектора з коефіцієнтом a в такій залежності: a=Iк/I_е, де коефіцієнт a називається коефіцієнтом передачі струму емітера в колектор. У сучасних транзисторах a дорівнює:

a= 0,95¸0,99 і навіть більшим, але завжди меншим за 1.

В залежності від полярності напруги прикладеної до емітерних і колекторних переходів транзистора розрізняють 4 режими його роботи.

1. Активний режим. На емітерний перехід подана пряма напруга, а на колекторний - зворотня. Він є основним режимом роботи колектора. Через те, що напруга в колі колектора значно перевищує напругу, підведену до емітерного переходу, а струми в колах емітера і колектора практично рівні, то потужність корисного сигналу на виході з схеми (колекторному колі) набагато більша, ніж у вхідному (емітерному колі транзистора).

2.Режим відсічення. До обох переходів підводиться зворотня напруга. Тому через них проходить лише незначний струм, обумовлений рухом неосновних носіїв заряду. Практично транзистор в режимі відсічення замкнутий.

3. Режим насичення. Обидва переходи знаходяться під прямою напругою. Струм у вихідному колі транзистора максимальний і практично не регулюється струмом вхідного кола. Транзистор -керований прилад. У цьому режимі транзистор повністю відкритий.

4. Інверсний режим. До емітерного переходу підводиться зворотна напруга, а до колекторного - пряма. Емітер і колектор міняються своїми ролями - емітер виконує функцію колектора, а колектор - емітера. Цей режим, як правило, не відповідає нормальним умовам експлуатації транзистора.

Схема з спільним емітером.

Особливості схеми з СЕ є те, що вхідним струмом в ній є струм бази, який за величиною значно менший від струму колектора, що є вихідним:

b =DI_вих / DI_вх = DI_К / DI_Б

b =a /(1-a)-відношення коефіцієнтів передачі струму між схемами СБ і СЕ.

Таким чином, в схемі із спільним емітером можна отримати коефіцієнт прямої передачі струму порядку декілька десятків і доль сотень.

Вхідний опір транзистора в схемі СЕ значно більший, ніж в схемі з СБ.

Переваги схеми з СЕ: можливість живлення її від одного джерела напруги, оскільки на базу і на колектор подається напруга одного знаку. Тому схема з СЕ є найпоширенішою.

Недоліки схеми з СЕ: деяка температурна нестабільність більша, ніж в схемі з СБ.

У схемі з СК вхідний сигнал подається на ділянку база -колектор, вхідним струмом є струм бази, а вихідним струм емітера. Коефіцієнт прямої передачі струму записуватиметься таким виразом:

DI_е /D I_б= DI_е / (DI_е- I_к)=b+1.

Перевага схеми: порівняно більше значення коефіцієнта прямої передачі струму і вхідного опору.

Недолік: відсутність посилення по напрузі.

Для оцінки роботи транзистора при різних схемах включення використовуються характеристичні параметри, що відображають залежність змінних струмів і напруги на вході і виході схеми.

 

Основні характеристичні параметри:

R_вх=DU_вх/DI_вх - вхідний опір

 

R_вих=DU_вих /DI_вих - вихідний опір

 

K_і=DI_вих /DI_вх - коефіцієнт підсилля струму

 

Ku=DU_вих /DU_вх - коефіцієнт підсилля напруги

K_P=DP_вих /DPвх - коефіцієнт підсилля потужності

 

 

Схема	Характеристичні параметри
включення т-ра	Ku	Kі	Kp	Rвх, Ом	Rвих, Ом
СЕ	10^2 ¸ 10^3	20 ¸ 40	10^3 ¸ 10^4	20 ¸ 2000	10^4 ¸ 10^5
СБ	10^2 ¸ 10^3	< 1	10^2 ¸ 10^3	10 ¸ 10^3	10^5 ¸ 10^6
СК	< 1	20 ¸ 50	20 ¸ 50	10^5 ¸ 10^6	10^2 ¸ 10^4

Висновки за таблицею.

1. Схема з СЕ забезпечує більше підсилення струму, напруги і потужності. При цьому вхідний опір невеликий і залежить від опору навантаження. Вихідний опір достатньо великий.

2. Схема з СБ забезпечує більше підсилення напруги і потужністі, але коефіцієнт підсилення струму менший за 1. Вхідний опір досить малий, а вихідний досить великий.

3. Схема з СК забезпечує більше підсилення струму і потужності, але коефіцієнт підсилення напруги менший за 1. Вхідний опір досить великий, а вихідний - малий.

Характеристика

 

 

Iк= ¦(U_ке) при I_б= const

Вихідна статична характеристика транзистора – це залежність струму колектора від напруги між колектором і емітером при постійному струмі бази.

Електронні підсилювачі.

Електронним підсилювачем називається пристрій що підвищує потужність вихідного сигналу за рахунок зовнішнього джерела живлення. Основним елементом підсилювача є транзистор. В основному електричні підсилювачі є багатокаскадні. Окремі каскади з'єднуються між собою колами, по яких передається підсилюваний сигнал. Каскади виконуються за схемою із спільним емітером і спільним витоком, із спільним колектором з спільним стоком, із спільною базою і спільним затвором. Каскади із спільним емітером і з спільним витоком називаються підсилювальними каскадами, із спільним колектором і із спільним стоком повторювачами напруги, із спільною базою і із спільним затвором – повторювачами струму.

 

 

Така схема зі всіх можливих забезпечує найбільше посилення по напрузі, струму і потужності. Ця схема підсилює тільки змінний сигнал через те, що зв'язок з джерелом сигналу і з навантаженням здійснюється через конденсатор.

С_вх - вхідну ємність, призначена для передачі змінній складовій від джерела вхідного сигналу і для запобігання попадання на вхід постійної складової.

R_б1,_б2- базові резистори, включені по схемі розподілювача напруги. Вони створюють необхідний потенціал бази, який визначає положення робочої точки транзистора. Залежно від потенціалу бази і робочої точки, ми отримуємо цілком визначений струм колектора (струм спокою транзистора)

R_к- визначає максимальний струм колектора транзистора, створює навантаження колекторного кола і своєю величиною впливає на коефіцієнт підсилення каскаду.

R_е- служить для створення негативного зворотного зв'язку при постійному струму і для поліпшення стабільності положення робочої точки при зміні температури.

С_е - усуває вплив негативного зворотного зв'язку на зміну сигналу.

С_вих - служить для передачі вихідної напруги на наступний каскад (навантаження) і для розділення змінної і сталої складової вихідного сигналу.

Вхідна характеристика

 

 

Вихідна характеристика

Зменшення змінної складової на вході підсилювача щодо точки спокою А приводить до зменшення напруги U_бе (малюнок 1) і відповідно за характеристикою до зменшення I_б. Зменшення I_б приводить до зменшення I_к (при замиканні транзистора, що еквівалентно збільшенню його опору), що приводить до збільшення напруги E_к.

E_к = E_п – I_к (R₂+ R₁)

 

Такий підсилювач змінює фазу вхідного сигналу на 180 ⁰С.

Синфазні сигнали - не мають зсуву, або співпадаючою по фазі.

Протифазні сигнали – зсув на 180 ⁰С один відносно одного.

Стабілізація робочої точки при зміні температури відбувається таким чином: збільшення температури транзистора приводить до збільшення зворотного струму колектора, що еквівалентно привідпиранню транзистора, що у свою чергу приводить до ще більшого нагрівання транзистора протікаючим струмом, а це спричиняє ще більше збільшення зворотного струму і приводить до нестабільності посилення каскаду. Включення R_е створює падіння напруги від струму, що протікає через нього

I_е = I_к+I_б

величиною рівною U_е=R_еI_е, полярністю протилежної тій, яка створюється колами зсуву. Таким чином, збільшення струму колектора, а, значить, і струму емітера, приводять до зменшення потенціалу емітера щодо бази, а, значить, до зсуву робочої точки у бік замикаючого транзистора, а, значить, до зменшення струму колектора.

 

 

ЗВОРОТНИЙ ЗВ'ЯЗОК:

Зворотним зв'язком називається передача частині енергії вхідного сигналу на вхід підсилювача. Якщо сигнал зворотного зв'язку діє згідно з вхідним сигналом, внаслідок чого коефіцієнт посилення зростає, то такий зворотний зв'язок називається позитивним. Якщо сигнал зворотного зв'язку протидіє вхідному сигналу (подається протифаза), і коефіцієнт підсилення зменшується, то такий зв'язок називається негативним.

Негативний зворотний зв'язок (НЗЗ) покращує стабільність підсилення, зменшує спотворення форми вхідного сигналу, знижує вплив розкиду параметрів елементів схеми, збільшує вхідний опір каскаду.

Одним з видів негативного зворотного зв'язку є негативний місцевий зворотний зв'язок за струмом. Щоб ввести таку НЗЗ в підсилювач досить виключити з схеми конденсатор С_е. Чим вище струм в колі емітера (R_е), тим менша напруга прикладається до переходу база-емітер. Оскільки ця напруга включена зустрічно до вхідного.

Якщо відсутній в схемі С_е, то змінна складова струму емітера проходитиме тільки через R_е і під впливом падіння напруги від змінної складової, всі процеси, що відбуваються в транзисторі із зміною положення робочої точки будуть аналогічні до процесів описаних для постійної складової.

Важливою характеристикою підсилювача є смуга пропускання, яка визначається амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ),яка показує залежність вхідної напруги від частоти вхідного сигналу.

 

 

 

АЧХ ідеального підсилювача.

 

АЧХ реального підсилювача.

 

 

 

АЧХ ідеального підсилювача не повинна залежати від частоти вхідного сигналу, проте в реальному підсилювачі цього бути не може, оскільки завжди існують елементи, які обмежать посилення на високих частотах, а саме: паразитні ємності; процеси зв'язані з часом переміщення заряду в напівпровідниках.

А в області низьких частот обмеження посилення викликано (у окремому випадку для нашого підсилювача) наявністю розділових ємкостей С_вх і С_вих, які для низьких частот є достатньо великим опором

 

Хс=1/(2πfC)

 

Другою найважливішою характеристикою підсилювача є амплітудна характеристика -залежність вихідної напруги від напруги на вході при f_вх=const.

U_вих