Дифференциальные усилители переменного напряжения.

Биполярные транзисторы.

Биполярным транзистором называется электропреобразовательный полупроводниковый прибор, имеющий в своей структуре два взаимодействующих p-n-перехода и три внешних вывода, и предназначенный, в частности, для усиления электрических сигналов. Термин “биполярный” подчеркивает тот факт, что принцип работы прибора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц, имеющих как положительный, так и отрицательный заряд, - дырок и электронов. Структура транзистора, изготовленного по диффузионной технологии, приведена на рис. 3.1. Как видно из рисунка, транзистор имеет три области полупроводника, называемые его электродами, причем две крайние области имеют одинаковый тип проводимости, а средняя область - противоположный. Структура транзистора, приведенная на рис. 3.1, называется n-p-n-структурой. Электроды транзистора имеют внешние выводы, с помощью которых транзистор включается в электрическую схему. Одна из крайних областей транзистора, имеющая наименьшие размеры, называется эмиттером (Э). Она предназначена для создания сильного потока основных носителей заряда (в данном случае электронов), пронизывающего всю структуру прибора (см. рис 3.1). Другая крайняя область транзистора, называемая коллектором (К), предназначена для собирания потока носителей, эмиттируемых эмиттером. Поэтому коллектор имеет наибольшие размеры среди областей транзистора. Средняя область транзистора называется базой (Б). Она предназначена для управления потоком носителей, движущихся из эмиттера в коллектор. Между электродами транзистора образуются p-n-переходы. Переход, разделяющий эмиттер и базу, называется эмиттерным переходом (ЭП), а переход, разделяющий базу и коллектор, - коллекторным переходом (КП). Наряду с транзисторами n-p-n- структуры, существуют транзисторы с симметричной ей p-n-p-структурой, в которых используется поток дырок. Условные обозначения n-p-n- и p-n-p-транзисторов, используемые в электрических схемах, приведены на рис.3.2.

 

Полевые транзисторы.

Полевым транзистором (ПТ) называют электронный прибор, в котором ток канала управляется электрическим полем, возникающим с приложением напряжения между затвором и истоком U_зи. Он предназначен для усиления входных сигналов по мощности. Свойства полевых транзисторов отличаются от биполярных транзисторов. Как следует из определения, в ПТ управление током осуществляется электрическим полем, создаваемым приложенным напряжением, а не с помощью тока базы. Поэтому в управляющем электроде (затворе) практически нет тока, за исключением токов утечки. Получаемое, как следствие этого, высокое входное сопротивление (оно может быть больше 10¹⁴ Ом) во многих применениях существенно упрощает проектирование схем. Классификация и условные графические обозначения полевых транзисторов приведены на рисунке. Электрод, из которого в канал вытекают носители заряда проходят к электроду, который называется истоком (И). Из канала носители заряда проходят к электроду, который называется стоком (С). Управляющий электрод, предназначенный для регулирования площади поперечного сечения канала, называется затвором (З).

Поскольку в ПТ ток определяется движением носителей только одного, ранее их называли униполярными.

 

Шумы в транзисторах.

Токи и напряжения в любых электрических цепях всегда совершают небольшие беспорядочные (хаотичные) колебания, называемые электрическими флюктуациями. Они объясняются теп­ловым движением электронов. С повы­шением температуры флюктуации усили­ваются. Любой постоянный ток не является строго постоянным, а помимо постоян­ной составляющей I₀ имеет шумовую переменную составляющую I_ш.

В любом резисторе за счет проис­ходящих в нем электрических флюктуа­ции создается некоторая шумовая ЭДС. Действующее значение шумовой ЭДС Е_ш, возникающей в резисторе или в лю­бой цепи с сопротивлением R, опреде­ляется формулой Найквиста . Полный шум, возникающий в тран­зисторе, имеет несколько составляющих.

Тепловые шумы обусловлены тепло­выми флюктуациями электронов, харак­терными для любого резистора. По­скольку все области транзистора обла­дают некоторым сопротивлением, то в них возникают шумовые напряжения. Так как сопротивления эмиттерной и коллекторной области сравнительно ма­лы, то главную роль в создании тепло­вых шумов играет сопротивление базы r_б, тем более что оно включено во вход­ную цепь и шум от него усиливается самим транзистором.

Дробовые шумы происходят от флюк­туации инжекции и экстракции в эмиттером и коллекторном переходе.

Шумы токораспределения вызваны флюктуациями распределения эмиттерного тока между базой и коллектором.

Рекомбинационные шумы имеют сво­ей причиной флюктуации рекомбинации. Дополнительные шумы создаются за счет флюктуации токов утечки в поверхностных слоях полупро­водников и некоторых других явлений. Эти шумы часто называют мерцатель­ными или избыточными (фликкер-эффект).

Для оценки шумовых свойств тран­зисторов служит коэффициент шума F_m. Он определяется, так же как и для любых четырехполюсников, следующим образом.

Влияние шумов всегда характеризу­ется отношением мощности полезного сигнала Р_с к мощности шумов Р_ш. На выходе это отношение меньше, чем на входе, так как на выходе обе мощ­ности усилены в k _р раз, но к мощности шумов транзистор добавляет еще соб­ственный шум Р_ш.тр. Коэффициент шума показывает, во сколько раз отношение мощности сигнала к мощности шума на входе больше, чем на выходе: . Принято измерять величину F_lu в децибелах согласно формуле F=10*1g*F_ш. Шумы транзистора зависят от его параметров и режима работы, а также от внутреннего сопротивления источника усиливаемых колебаний.

Триггеры на транзисторах.

Триггер представляет собой устройство с двумя устойчивыми состояниями: 0 и 1. Он удобен для обработки двоичной информации. Двум устойчивым состояниям триггера отвечают различные значения выходного сигнала, каждый из которых соответствует логическим 0 и 1. Записанная в триггере двоичная информация (0 или 1) сохраняется до тех пор, пока состояние триггера не изменится. В случае необходимости входным сигналом триггер переводится из одного устойчивого состояния в другое, тем самым изменяется записанная в нем информация. Для изготовления триггеров могут быть использованы приборы, вольтамперные характеристики которых содержат участки отрицательной крутизны (туннельные диоды, тиристоры, двухбазовые диоды и др.). Однако наиболее широкое применение получили триггеры, построенные на базе ключей в дискретном или интегральном исполнении. На рис. изображена наиболее распространенная схема триггера на дискретных элементах - двух активных элементах - транзисторах VT1 и VT2 с добавлением пассивных элементов типа резисторов, диодов, конденсаторов. Триггер образован соединением выхода одного резисторно-транзисторного ключа со входом другого и выхода последнего со входом первого. Триггер характеризуется статическим состоянием и процессом опрокидывания. В статическом состоянии один из транзисторов закрыт, а второй открыт, причем это состояние может сохраняться сколь угодно долгое время. Например, если транзистор VT1 закрыт, на его коллекторном электроде выделяется практически полное напряжение питания. Это напряжение через резистор Rб2 создает базовый ток у транзистора VT2, открывая его. При этом коллекторный электрод VT2 почти накоротко соединен с землей, следовательно, в цепи базового резистора Rб1 и базы VT1 тока нет, что соответствует его исходному закрытому состоянию. Для повышения устойчивости статического состояния на базы транзисторов VT1 и VT2 через резисторы R1, R2 подается напряжение +Eб, которое создает на базе закрытого транзистора VT1 дополнительное закрывающее смещение. Таким образом, дополнительное смещение +Еб удерживает транзистор VT1 в закрытом состоянии, предохраняя триггер от ложных срабатываний при воздействии случайных помех. Это напряжение также создает обратный ток в цепи базы транзистора VT2, но величина этого тока выбирается в несколько раз меньше по сравнению с прямым током через Rб2 на коллекторный электрод транзистора VT1.

 

 

Триггер Шмитта.

Простейшая схема компаратора на основе ОУ приведена на рисунке 18, а. На инвертирующий вход ОУ поступает входное напряжение, а на неинвертирующий вход подается опорное напряжение, снимаемое с делителя R ₁, R ₂. Таким образом, ОУ охвачен ПОС по неивертирующему входу, и выходное напряжение скачком изменяет свою полярность при сравнении входного и опорного напряжений.

Принцип действия компаратора рассмотрим с помощью передаточной характеристики (рисунок 18, б).

Рисунок 18 – Триггер Шмитта и его характеристики

Пусть выходное напряжение U _вх=0, а выходное – U _вых= U ⁺_m (точка 1 на рисунке 18, б). Напряжение на неинвертирующем входе при этом будет: U _н=b U ⁺_m, (16)

где b= R ₁/(R ₁+ R ₂) – коэффициент передачи ПОС.

Если входное напряжение больше нуля и увеличивается, то при сравнении его амплитуды с опорным, равным напряжению срабатывания U _ср=b U ⁺_m, компаратор переключается. При этом происходит скачкообразное изменение выходного напряжения со значения U ⁺_m на значение U ^–_m (переход от точки 2 к точке 3).

Таким образом, передаточная характеристика данного компаратора имеет вид петли гистерезиса. Такой компаратор обладает триггерным (переключающим) эффектом, и его называют триггером Шмитта. Сумма напряжений срабатывания и отпускания: U _г= U _ср+ U _отп=2b U _m является напряжением гистерезиса. Оно вводится для повышения помехоустойчивости, что позволяет устранить «дребезг» триггера, т. е. случайное его переключение напряжением помех при отсутствии входного сигнала.

Пусть в момент времени t =0 напряжение на выходе компаратора U _вых= U ⁺_m. В таком состоянии компаратор будет находится пока амплитуда входного напряжения U _вх< U _ср. В момент времени t = t ₁ входное напряжение станет U _вх= U _ср, и компаратор переключится. При этом выходное напряжение U _вых скачком изменится со значения U ⁺_m до значения U ^–_m. В момент времени t = t ₂ входное напряжение станет равным U _отп, и произойдет новое переключение компаратора.

Триггеры Шмитта широко применяются для преобразования медленно изменяющихся во времени сигналов в сигналы четкой формы с резкими фронтами (например, для восста6новления формы прямоугольных импульсов).

 

29+46 Оптоэлектронные приборы.

 

Работа различных полупроводнико­вых приемников излучения (фоторезисто­ры, фотодиоды, фототранзисторы, фото­тиристоры) основана на использовании внутреннего фотоэффекта, который со­стоит в том, что под действием излу­чения в полупроводниках происходит генерация пар носителей заряда — электронов и дырок. Эти дополнительные носители увеличивают электрическую проводимость. Такая добавочная прово­димость, обусловленная действием фото­нов, получила название фотопроводимо­сти. У металлов явление фотопрово­димости практически отсутствует, так как у них концентрация электронов про­водимости огромна (примерно 10²² см"³) и не может заметно увеличиться под действием излучения. В некоторых при­борах за счет фотогенерации электронов и дырок возникает ЭДС, которую при­нято называть фото-ЭДС, и тогда эти приборы работают как источники тока. А в результате рекомбинации электро­нов и дырок в полупроводниках обра­зуются фотоны, и при некоторых усло­виях полупроводниковые приборы могут работать в качестве источников излуче­ния.

Оптрон это полупроводниковый прибор, в котором конструктивно объеденены источник и приемник излучения, имеющие между собой оптическую связь. В источнике излучения эл. сигналы преобразуются в световые, которые воздействуют на фотоприемник и создают в нем снова эл. сигналы.

Фоторезистор представляет собой полупроводниковый резистор, сопротивление которого изменяется под действием излучения.

Фотодиоды представляют собой по­лупроводниковые диоды, в которых ис­пользуется внутренний фотоэффект. Световой поток управляет обратным током фотодиодов. Под воздействием света на электронно-дырочный переход и прилегающие к нему области происхо­дит генерация пар носителей заряда, проводимость диода возрастает и обрат­ный ток увеличивается. Такой режим работы называется фотодиодным.

Биполярный фототранзистор представляет собой обычный транзистор, но в корпусе его сделало прозрачное «окно», через кото­рое с ветовойпоток может воздейство­вать на областьбазы. Фотоны вызывают в базе генерацию пар носителей заряда — электронов и дырок. Они диффундируют к коллектор­ному переходу, в котором происходит их разделение так же, как и в фото­диоде. Дырки под действием поля кол­лекторного перехода идут из базы в кол­лектор и увеличивают ток коллектора. А электроны остаются в базе и повы­шают прямое напряжение эмиттерного перехода, что усиливает инжекцию дырок в этом переходе в этом переходе. За счет этого дополнительно увеличивается ток кол­лектора.

Тиристорные четырехслойные струк­туры р — п-р-п (рис.) могут уп­равляться световым потоком, подобно тому как триодные тиристоры управля­ются напряжением, подаваемым на один из эмиттерных переходов.

 

Регистры

Регистр — это последовательностное логическое устройство, используемое для хранения n-разрядных двоичных чисел и выполнения преобразований над ними. Регистр представляет собой упорядоченную последовательность триггеров число которых соответствует числу разрядов в слове. С каждым регистром обычно связано комбинационное цифровое устройство, с помощью которого обеспе­чивается выполнение некоторых операций над словами. Типичными являются следующие операции:

• прием слова в регистр;

• передача слова из регистра;

• поразрядные логические операции;

• сдвиг слова влево или вправо на заданное число раз­рядов;

• преобразование последовательного кода слова в па­раллельный и обратно;

• установка регистра в начальное состояние (сброс).

Фактически любое цифровое устройство можно пред­ставить в виде совокупности регистров, соединенных друг с другом при помощи комбинационных цифровых уст­ройств.

Регистры классифицируются по следующим видам:

• накопительные (регистры памяти, хранения);

• сдвигающие.

В свою очередь сдвигающие регистры делятся:

• по способу ввода-вывода информации на:

— параллельные,

— последовательные,

— комбинированные;

• по направлению передачи информации на.

— однонаправленные,

---- реверсивные

 

 

Инвертирующий усилитель

В схеме инвертирующего усилителя (рисунок 4, а) вх U через резистор R1 подается на инвертирующий вход, который с помощью резистора обратной связи R2 охвачен параллельной ООС по напряжению. Неинвертирующий (прямой) вход соединяется с общим проводом. Входной и выходной сигнала усилителя находится в противофазе (сдвинуты на 180˚), что отражает знак минус в формуле коэффициента усиления по напряжению K = – R2 / R1. (1)

Таким образом, инвертирующий усилитель – это ОУ с ООС, у которого вх и вых U находятся в противофазе.Для правильной работы схем с ОУ необходимо, чтобы смещение нуля на выходе было min. Для этого в прямой вход включают R R3 = R1R2 /(R1 + R2), компенсирующее U смещения (рисунок 4, б), или используют ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах.

(.) А подключения резисторов R1 и R2 к инвертирующему входу называют мнимой землей. Так как коэффициент усиления по U идеального ОУ стремиться к бесконечности, разность потенциалов между входами должна быть пренебрежительно мала. Таким образом, с точки зрения сигнала инвертирующий вход имеет тот же самый потенциал, что и неинвертирующий вход, который заземлен.

При этом все U _вх оказывается приложенным ко входному резистору R1 и входной ток схемы I ₁= U _вх/ R1. =>, R _вх= R1. Для этой схемы свойственно также небольшое значение вых R (R _вых®0). Данный результат объясняется действием цепи параллельной ООС по U.

а)	б)
Рисунок 4 – Инвертирующий усилитель на основе ОУ

Вых U определяется как U _вых= I ₂ R2. Вследствие нулевых входных токов ОУ I ₁= I ₂. Тогда вых U инвертирующего усилителя в таком случае равно

U _вых= – (R2 / R1) U _вх, (2)

где знак минус показывает, что входной сигнал подается на инвертирующий вход, а отношение – R2 / R1 составляет коэффициента усиления по U.

При R1 = R2, K =–1 инвертирующий усилитель превращается в инвертирующий повторитель (инвертор).

Основные свойства инвертирующего усилителя:

– выходной сигнал в противофазе относительно входного;

– отсутствует синфазный сигнала (мнимая земля);

– низкое входное сопротивление;

– простая реализация коэффициента усиления по напряжению, который может быть как больше, так и меньше единицы.

Простой инвертирующий усилитель двояко используется в аналоговых цепях: во-1, как устройство, изменяющее знак (инвертор) без изменения величины сигнала при R1 = R2; во-2, когда требуется умножить переменную (сигнал) на константу k выбирают R2 / R1 равным k. Если константа положительная, то вслед за этой схемой следует включить инвертор, чтобы скорректировать знак.

Инвертирующий усилитель может также быть применен для суммирования нескольких входных напряжений

 

Неинвертирующий усилитель

В неинвертирующим усилителе входной сигнал поступает на прямой вход, а инвертирующий вход с помощью резистивного делителя R1, R2 охвачен последовательной ООС по U (рисунок 5, а). Коэффициент усиления определяется только элементами цепи ОС

K = 1+ R2 / R1. (3)

Последовательная ООС по входу обеспечивает большое вх R (равно входному сопротивлению ОУ по прямому входу), ООС по напряжению – малое выходное сопротивление (близко к нулю). В неинвертирующим усилителе фазы вх и вых Uний совпадают. Как видно из (3), коэффициент усиления не может быть < 1.

неинвертирующий усилитель – это ОУ с ООС, у которого вх и вых U совпадают по фазе.

Для правильной работы схем с ОУ необходимо, чтобы смещение нуля на выходе было min. Для этого в прямой вход вкл R R3 = R1R2 /(R1 + R2), компенсирующее U смещения, или используют ОУ с входными каскадами на полевых транзисторах.

а)	б)
Рисунок 5 – Основные схемы неинвертирующего усилителя

Повторитель напряжения (операционный повторитель)– важный частный случай неинвертирующего усилителя (рисунок 5, б). Он образуется при условии R1 = ∞, R _ОС=0. В этой схеме все вых U обратно подается на инвертирующий вход.

Операционный повторитель передает входной сигнал без изменения фазы и амплитуды (то есть коэффициент усиления напряжения K =1) и является усилителем с глубокой последовательной ООС по U. Oперационный повторитель по своим характеристикам подобен эмиттерному или истоковому повторителям и находит применение в качестве буферных или согласующих элементов.

Основные свойства неинвертирующего усилителя:

– выходной сигнал совпадает по фазе с входным;

– есть синфазный сигнала;

– высокое входное сопротивление;

– коэффициент усиления по напряжению не может быть меньше единицы.

Неинвертирующий усилитель может также быть применен для суммирования нескольких входных напряжений.

 

 

35 Сумматоры,основные понятия и определения

A	B	P	S

Сумматоры - это комбинационные устройства, предназначенные для сложения чисел.

Рассмотрим сложение двух одноразрядных двоичных чисел, для чего составим таблицу сложения(таблицу истинности), в которой отразим значения входных чисел АВ, значение результата суммирования S и значение преноса в старший разряд P. Работа устройства, реализующего ТИ, описывается следующими уравнениями:

S=A*B+ A*B; P= A*BОчевидно что по отношению к столбцу S реализуется логическая функция «исключающее ИЛИ» то есть S=AÅB. Устройство реализующее таблицу называется полусумматором. Он может использовать лишь для суммирования в старшем разряде.

Двоичные сумматоры выполняют арифметическую операцию сложения двоичных чисел по модулю два (Å) и используются преимущественно в арифметико-логических устройствах современных ЭВМ.

Существует два вида сумматоров: с параллельным и последовательным действием. У сумматоров с параллельным действием сложение выполняется параллельно, сразу во всех разрядах суммируемых чисел. В сумматорах с последовательным действием имеется только одна одноразрядная суммирующая схема и результат образуется последовательным сложением отдельных разрядов.

 

36 Преобразователи кодов, основные понятия и определения.

ПК(кодопреобразователем) наз устройство для преобразования одного вида двоичного кода в другой. Преобразование одного кода в другой можно осуществлять последовательным соединением дешифратора и шифратора. В этом случае m-элементная комбинация преобразуется дешифратором в сигнал логической 1 на соответствующем выходе, а шифратор из этого сигнала формирует требуемую n-элементную комбинацию. Существует также метод построения (ПК), основанный на использовании свойства независимости входов и выходов дискретного устройства.

Синтез ПК осуществляется по следующей методике:

1) Определяется количество двоичных чисел, которые необходимо перевести из одного кода в другой.

2) Составляется ТИ, в которой описываются входные и выходные коды двоичного числа.

3) Далее синтез выполняется по методике построения ДУ с несколькими выходами и не полностью определяемыми функциями (т.к. каждый выход Ym не зависит от другого, то для каждого выхода составляется своя логическая функция и затем строится схема на общих входах).

П р и м е р ¾ Построить ПК в базисе И-НЕ для перевода чисел от 5 до 8 кода 8421 в код 7421 (коды см. таблицу.Необходимо перевести четыре двоичных числа. Составляем ТИ (таблица 4).

Т а б л и ц а 4 ¾ ТИ преобразователя кодов

Десятичные цифры	Входы	Выходы
X4 X3 X2 X1	Y4 Y3 Y2 Y1
8 4 2 1	7 4 2 1
	0 1 0 1	0 1 0 1
	0 1 1 0	0 1 1 0
	0 1 1 1	1 0 0 0
	1 0 0 0	1 0 0 1

запишем функции каждого выхода в тех строках где выход равен единице в виде СДНФ.

Затем упрощаем полученные выражения одним из подходящих методов минимизации и преобразуем их к базису И-НЕ. Для этого используем аксиомы и законы алгебры логики.

По полученным выражениям строим схему ПК, представленную на рисунке 4.

Шифраторы и дешифраторы.

Шифратором (кодером) называется устройство, преобразующее сигнал логической 1 на одном из входов в соответствующую кодовую комбинацию на выходах. Шифраторы используют, например, для ввода информации в цифровые системы. В таких устройствах при нажатии выбранной клавиши подается сигнал на определенный вход шифратора и на его выходе появляется двоичное число, соответствующее данной клавише.

Для синтеза шифратора строится таблица истинности (ТИ) на основании которой получают аналитические зависимости выходов от входов. Затем выражения преобразовывают (если надо) к требуемому базису и строят схему.

Дешифратором (декодером) называется устройство, распознающее различные кодовые комбинации, т.е. преобразующее двоичное число в сигнал логической единицы на одном из выходов, соответствующем десятичной цифре поданной на вход двоичной комбинации.

Синтез дешифратора можно выполнить по той же ТИ, что и шифратора, только поменять в ней местами входы и выходы.

 

 

Схема ОБ.

Коэффициент усиления по току каскада ОБ всегда меньше единицы: , так как ток коллектора всегда лишь немного меньше тока эмиттера. С татический коэф­фициент усиления по току (или коэффициент передачи тока), для схемы ОБ обозначаемый . Он определяется для режима без

нагрузки (R_H = 0), т. е. при постоянстве напряжения коллектор — база: .

Коэффициент усиления по напряжению:

Для схемы ОБ фазовый сдвиг между выходным и входным напряжением от­сутствует, т. е. фаза напряжения при уси­лении не переворачивается. Каскад по схеме ОБ вносит при усилении мень­шие искажения, нежели каскад по схеме ОЭ.

 

Схема ОЭ.

Эмиттер является общей точкой для входа и выхода схемы. Входное напряжение, которое необходи­мо усилить, подается от источника колебаний ИК на участок база — эмит­тер. На базу подано также положи­тельное смещение от источника Е1 яв­ляющееся прямым напряжением для эмиттерного перехода. При этом в цепи базы протекает некоторый ток, а следо­вательно, входное сопротивление тран­зистора получается сравнительно не­большим. Чтобы не происходила потеря части входного переменного напряжения на внутреннем сопротивлении источника E1, он зашунтирован конденсатором большой емкости. Для получении усиленного выходного напряжения в эту цепь включена нагрузка Rн.

Усиление происходит след. образом: Напряжение источника Е2 делится между сопротивлением нагрузки Rн и внутренним сопротивлением транзистора r0, которое он оказывает постоянному току коллектора. Если во входную цепь включается источник колебаний, то при изменении его напряжения изменяется ток эмиттера, и значит, сопротивление коллекторного перехода. Тогда напряжение источника Е2 будет перераспределяться между Rн и сопротивлением коллекторного перехода. При этом переменное напряжение на резисторе нагрузки может быть получено во много раз больше, чем входное. Усиленная мощность является частью мощности, затрачиваемой источником Е2.

 

 

Физика процесса в БПТ.

Принцип работы БПТ зкл. в том, что прямое напряжение эмиттерного перехода, т.е. участка база-эмиттер(Uб-э), существенно влияет на токи эмиттера и коллектора: чем больше это напряжение, тем больше токи эмиттера и коллектора. При этом изменения тока коллектора лишь незна­чительно меньше изменений тока эмиттера. Таким образом напряжение, управляет током коллектора. Усиление эл. колебаний с помощью транзистора основано на этом явлении.

Физические процессы в транзисторе происходят следующим образом. При увеличении прямого входного напряже­ния U_б__э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и соот­ветственно возрастает ток через этот переход — ток эмиттера i_э Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора. Так как коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом пере­ходе возникают объемные заряды, пока­занные на рисунке кружками со зна­ками «+» и «—». Между ними возни­кает электрическое поле. Оно способ­ствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, при­шедших сюда из эмиттера, т. е. втя­гивают электроны в область коллектор­ного перехода.

 

 

59 Параллельное соединение стабилитронов.

Параллельное соединение стабилитронов не применяется, так как различные экземпляры стабилитронов данного типа не имеют одинаковых напряжений U_в и U_ст. При подаче напряжения на параллельно соединенные стабилитроны разряд возникает лишь в том, у которого напряжение U_в наименьшее. Напряжение на нем скачком понижается, и в остальных стабилитронах разряда не будет. Если бы он даже и возник, то вследствие различия напряжений стабилизации одни из стабилитронов работали бы с недогрузкой, другие – с перегрузкой. Возможно даже, что какой-то стабилитрон работал бы в режиме аномального катодного падения. Он не будет участвовать в стабилизации, а станет дополнительной бесполезной нагрузкой и уменьшит пределы стабилизации по напряжению. Конечно, можно подобрать близкие по параметрам стабилитроны. Но это сложно и ненадежно, так как с течением времени их параметры меняются.

Практически редко включают параллельно больше трех стабилитронов. Уравнительные резисторы с сопротивлением в десятые доли Ома или единицы Ом обычно подбирают экспериментально до получения в рабочем режиме одинаковых токов в стабилитронах. Иногда включают уравнительные резисторы с сопротивлением, в несколько раз большим, чем прямое сопротивление стабилитронов, для того чтобы ток в каждом стабилитроне определялся главным образом сопротивлением R _у. Но в этом случае происходит дополнительное падение напряжения на R_y, превышающее в несколько раз прямое напряжение стабилитронов, и КПД, конечно, снижается. Если нежелательно включать уравнительные резисторы, то надо подобрать стабилитроны с примерно одинаковыми характеристиками. Однако рекомендуется по возможности не прибегать к параллельному соединению стабилитронов.

 

Рабочий режим ПД

Режим диода с нагрузкой называется рабочим режимом. Если бы диод обладал линейным сопротивлением, то расчет тока в подобной схеме не пред­ставлял бы затруднений, так как общее сопротивление цепи равно сумме сопро­тивления диода постоянному току R_o и сопротивления нагрузочного резистора R_н. Но диод обладает нелинейным сопротивлением, и значение R_o у него из­меняется при изменении тока. Поэтому расчет тока делают графически. Задача состоит в следующем: известны значения Е, R _н и характеристика диода, требуется определить ток в цепи и напряжение на диоде.

Характеристику диода следует рас­сматривать как график некоторого урав­нения, связывающего величины i и и. А для сопротивления R_H подобным

уравнением является закон Ома: i = u_R/R_H = (Е - u)/R_н. Итак, имеются два уравнения с дву­мя неизвестными i и и, причем одно из уравнений дано графически. Для реше­ния такой системы уравнений надо по­строить график второго уравнения и найти координаты точки пересечения двух графиков.

 

ВАХПД.

 

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) – это зависимость тока, протекающего через электронный прибор, от приложенного напряжения. Вольт-амперной характеристикой называют также и график этой зависимости.

Приборы, принцип действия которых подчиняется закону Ома, а ВАХ имеет вид прямой линии, проходящей через начало координат, называют линейными. Приборы, для которых ВАХ не является прямой линий, проходящей через начало координат называются нелинейными. Диод представляет собой пассивный нелинейный электронный прибор.

Вольт-амперная характеристика диода описывается выражением I = I ₀[exp(U _Д/j_T)-1], где I ₀ – тепловой ток (обратный ток, образованный за счет неосновных носителей; U _Д – напряжение на p-n- переходе; j_T – тепловой потенциал, равный контактной разности потенциалов на границе на p-n- перехода при отсутствии внешнего напряжения (при T =300 K, j_T=0.025 В).

При отрицательных значениях напряжения менее 0,1 В в выражении (1) пренебрегают единицей, и обратный ток диода определяется значением теплового тока. По мере возрастания положительного напряжения на p-n -переходе прямой ток резко возрастает по экспоненте. Поэтому ВАХ, имеет вид, приведенный на рисунке 3

Рассмотренная характеристика является теоретической ВАХ диода. Она не учитывает рекомбинационно-генерационных процессов, происходящий в объеме и на поверхности p-n -перехода, считая его бесконечно тонким и длинным. ВАХ реального диода, имеет вид, приведенный на рисунке 3 (сплошная линия).

Характеристика для прямого тока вначале имеет значительную нелинейность, т. к. при увеличении напряжения сопротивление запирающего слоя уменьшается. Поэтому кривая идет вверх со все большой крутизной. Но при некотором значении напряжения запирающий слой практически исчезает и остается только сопротивление n- и p- областей, которое приближенно можно считать постоянным. Поэтому далее характеристика становиться почти линейной.Обратный ток при увеличении обратного напряжения сначала быстро возрастает. Это вызвано тем, что уже при небольшом обратном напряжении за счет повышения потенциального барьера в переходе резко снижается диффузионный ток, который направлен навстречу току проводимости. Следовательно, полный ток резко увеличивается. Однако при дальнейшем повышении обратного напряжения ток растет незначительно.

Переход метал-ПП.

В современных полупроводниковых приборах помимо контактов с электронно-дырочным переходом применяют­ся также контакты между металлом и полупроводником. Процессы в таких переходах зависят от так называемой заботы выхода электронов, т. е. от той энергии, которую должен затратить электрон, чтобы выйти из металла или полупроводника. Чем меньше работа выхода, тем больше электронов мо­жет выйти из данного тела.

Если в контакте металла с полу­проводником п-типа (рис. 2.5, а) работа выхода электронов из металла А_м мень­ше, чем работа выхода из полупровод­ника А_т то будет преобладать выход электронов из металла в полупроводник. Поэтому в слое полупроводника около границы накапливаются основные но­сители (электроны), и этот слой стано­вится обогащенным, т. е. в нем увели­чивается концентрация электронов. Со­противление этого слоя будет малым при любой полярности приложенного напря­жения, и, следова­тельно, такой переход

не обладает выпрямляющими свойства­ми.