Основные характеристики диода.

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход – это основа полупроводниковых элементов.

Хим. эл-ты состоят из «+» заряженного ядра, вокруг него вращаются “-“ заряженные электроны. Электроны вращаются на разных орбитах. Для устойчивого состояния каждая из орбит должна содержать определенное число электронов. 1 орбита (ближе к ядру которая) содержит 2 электрона. 2 орбита – 8 электронов. 3 орбита – 18 электронов и т.д.

В активных элементах последний слой содержит меньше, чем требуется число электронов. Число электронов, находящихся на последнем слое называется валентностью. Элементы для организации устойчивого состояния объединяются в группы, таким образом, чтобы валентный слой был заполнен до устойчивого состояния. Такая связь – ковалентная, она слабая, неустойчивая. Число электронов, которые не обеспечивают устойчивое состояние, называются свободными, которые под действием сил перемещаются по области, создавая эл. Ток. Также в создании эл. тока участвуют электроны, подвергшиеся ионизации.

Ионизация - переход под воздействием внешних сил электронов с более низкой на более высокую орбиту. В качестве источника такой энергии служат- тепловая энергия, энергия облучающих воздействий и др. Для того, чтобы электрон перескочил с одной орбиты на другую надо совершить работу выхода. Обратный процесс – переход с более высокой орбиты на низкую называется рекомбинацией. При этом высвобождается атомами энергия в виде изотопа. В теории полупроводников учитываются валентные электроны атомов. В качестве базового хим. эл-та исп-ся 4х валентные: германий, кремний. К чистым элементам добавляются примеси. Примеси: 3х валентный индий, алюминий. 5валентный мышьяк, фосфор. В результате получаются соединения у которых до устойчивости не хватает одного электрона или один свободный. 3х валентная примесь наз. акцептором, пр и котором соединяется структура с недостающим электроном. (в теории полупроводников это называется с одной дыркой + заряд)

Дырочная проводимость Р – 5ти валентная примесь – донор. В этом случае в качестве носителя заряда является электрон. Проводимость наз. электронной (N). Для организации полупроводника соединяют материалы с дырочной и электронной проводимостью. В результате такого соединения протекают электр. токи.

1) Р>N

Из-за разной концентрации носителей в Р и N областях происходит перемещение дырок в обл. N (○ →) и электроны в обл. Р (●→). Дырки и электроны являются основными носителями заряда, помимо этого в каждой из областей в результате ионизации или рекомбинации сущ. Не основные носители (в обл Р – электроны, в обл N – дырки)

Передвижение основных носителей создает диффузный ток (I Диф). Диффузия носителей в приграничной области и создающий слой неосновных носителей. Такой слой обладает большым сопротивлением. При этом структура становится вида 2. Концентрация в приграничном слое не основных носителей создает разность потенциалов, которая называется потенциальным барьером для основных носителей. Под воздействием разности потенциалов неосновных носителей начнут возвращаться в свои области, создавая дрейфовый ток. Он увеличивает концентрацию оси носителей, что вызывает увеличение диффузного тока. Равновесие в системе наступит когда I диф = I дрейф. и в системе будет создан устойчивый потенциальный барьер величиной Uк.

В рабочем режиме на P-N подаются смещения в виде напряжений внешних источников. При прямом вкл. (смещении) внешнее напряжение Uпр:

 

Внешний источник существенно повышает в соответствующих областях число основных носителей, повышающих концентрацию. Это приводит к увеличению Iдиф. В результате величина потенциального барьера Uк уменьшается и становится = Uк – Uпр.

Через PN течет ток Iпр, величина которого пропорциональна приложенному внешнему напряжению. Такое состояние называется открытым состоянием перехода. Обратное смещение

перехода выполняется путем вкл.

внешнего источника по схеме:

 

В результате вкл. Uобр, число основных носителей в каждой из зон увеличивается, число неосновных носителей увеличивается в приграничной области. Сопротивление перехода увеличивается до ∞ и создается потенциальный барьер U’к = Uк + Uобр

Такой потенциальный барьер могут преодолеть только неосновные носители, которые создают Iобр.

Полупроводниковые диоды.

 

Полупроводниковые диоды – полупроводник с одним p-n переходом. В эл. схемах обозначается:

 

Вывод из Р области называется анодом. Из N области катодом. При прямом смещении (включении), когда на анод подается «+» потенциал относительно катода, переход находится в прямом смещении. Диод проводит Iпр. При обратном смещении перехода переход закрыт, диод не проводит. Через диод протекает I0 (тепловой). ВАХ диода:

 

C увеличением t, увеличивается инжекция носителей в каждой из областей, вследствие чего ток при одном и том же Iпр и Iобр.

Температура перехода для Ge не должна превышать 70-90 °С, Si 120-150 °С.

Выпрямительные диоды

Выпрямительные диоды промышленностью выпускаются на прямой ток Iпр до 100 А, обратное максимально допустимое напряжение Uобрmax до 1000 В, частотой переключения 400 Гц. Т.к. через выпрямительные диоды протекают значительные прямые токи, для исключения перегрева перехода технологически изготовляют переходы таким образом, чтобы падение напряжения на открытом диоде не превышало 1В. Кроме этого для диода конструктивно создается теплоотвод от перехода в виде радиаторов, которые охлаждаются воздухом или жидкостью. Маркировка диода записывается в виде: КД набор цифр буква, АД/ГД/ 1Д набор цифр. Например: КД213Б, 2Д20. Диоды для ширпотреба обозначаются К(построен на основании кремния), Г(на германии). Для спецприемки: 2-кремниевые, 1-греманивые. Цифры –силовой диод, буквы – их модификация. В паспортных данных указывается величина допустимого тока и обратного напряжения. Например, КД213Б рассчитан на 200 В и 10 А.

 

 

4. Выпрямительные устройства. Однофазные однополупериодные выпрямители

Схема:

 

 

Схема включает в себя трансформатор Тр, на первичную обмотку которого подается U1, со вторичной обмотки снимается U2. Точками обозначены выводы обмоток, на которой формируется напряжение одной и той же полярности. В схему входит диод D и активное сопротивление нагрузки Rн. В рабочем режиме через нагрузку протекает iн, на нагрузке создается постоянное напряжение U0. Эпюры, поясняющие принцип действия:

На графиках показаны формы токов и напряжения на нагрузке, постоянная составляющая тока нагрузки

При разработке выпрямительного устройства задаются значения U0 и I0. Требуется определить действующее значение напряжения на вторичной обмотке трансформатора U2 и действующее значение тока I2. Эти данные нужны для расчета трансформатора. Для выбора типа диода проводится расчёта Uобр и Iпр. По полученным данным из справочника выбирается тип диода. Расчеты проводятся по формулам, связывающим между собой постоянное напряжение и ток нагрузки с действительными значениями напряжения и тока вторичной обмотки, а также допустимые Uобрmax Iпр.

 

RC-фильтры

Схема:

 

Схема состоит из преобразователя переменного U в постоянное (выпрямительное устройство), С-фильтра и активного сопротивления нагрузки Rн. В качестве сопротивления фильтра - сопротивление выпрямителя. Эффект сглаживания основан на том, что по закону коммутации U на конденсаторе не может изменяться мгновенно. Если в конденсаторе идет накопление заряда, в фильтре участвуют следующие элементы, при заряде ток через внутреннее сопротивление поступает на конденсатор и нагрузку. С постоянной времени Rф*Сф происходит увеличение U на конденсаторе. При уменьшении U, поступающего от выпрямителя, конденсатор с постоянной времени Rф*Сф начинает разряжаться. В результате этого U на конденсаторе и на нагрузке принимает сглаженный вид.

Эффект сглаживания значительный, если помимо С-фильтра применить L-фильтр. Это позволит при коммутации не изменить мгновенно ток заряда. В результате этого энергия, запасенная в фильтре, дополнительно передается на нагрузку. Для того чтобы увеличить коэффициент фильтра применяются двухзвенные фильтры.

В таком фильтре пульсирующее U выпрямителя проходит 2 стадии фильтрации. 1-я стадия на фильтре R_{вн вых}*С_ф1 и 2-я на стадии R_ф*R_ф2. Качество фильтрации определяется постоянными времени фильтра, для RC-фильтра это R_н*С_ф. Для LC-фильтра это L_ф *С_ф. Чем больше постоянная времени, тем качественнее фильтрация. Для достижения качественной фильтрации необходимо выбрать большой величины емкость конденсатора Сф и сопротивление нагрузки Rн. Как правило, сопротивление нагрузки изменить нельзя, поскольку оно представлено входным сопротивлением устройства автоматики. В связи с этим необходимо выбирать конденсаторы большой емкости. В фильтрах применяются устройства для искусственного увеличения сопротивления нагрузки. Таким устройством является транзисторный эмиттерный повторитель. Устройство, в котором применяется эмиттерный повторитель называется активным фильтром:

В схему включен транзистор TV. Совместно с Rн он представляет собой эмиттерный повторитель, у которого входное сопротивление в 10 раз больше, чем Rн. При таком включении постоянная времени фильтра будет определяться как R_{вх эл}*С_ф, где R_{вх эл}- R входа эмиттерного повторителя. Так существенно увеличивается постоянная времени фильтра, что ведет к увеличению качества фильтрации.

 

Стабилитроны

Они представляют собой особый класс диодов. Они предназначены для стабилизации постоянного U. На схеме:

Переход стабилитрона в рабочее состояние находится под обратным смещением, т.е. на анод относительно катода подается отрицательное U. Через переход протекает Iо(Iстабилитрона).Для ограничения тока стабилитрон включен по схеме:

Rо выполняет роль ограничителя Icт(балластное сопротивление). В соответствии со 2 законом Кирхгофа: Uвх = Uст + Iст * Rо

Ограничитель работает так: рост входного U вызовет рост Iст, что увеличивает падение напряжения на Rо. В результате этого Uст изменится незначительно.

ВАХ стабилитрона:

При изменении Uвх Rо обеспечивает изменение Iст от Iст min до Iст max. В соответствии с ВАХ при таком диапазоне изменений тока U на стабилитроне изменяется на ΔUст. Это эффект стабилизации. Для определения допустимого диапазона изменений ΔUвх выполняется след построения: в качестве рабочего диапазона изменения Iст – токи в В и С. Определим, как В и С отразятся на Uвх. Под углом проведем линии В -> B’; C ->C’.Из построения -> что при изменении U на стабилитроне ΔU Uвх может измениться в диапазоне ΔUвх. В этом и состоит эффект стабилизации.

 

 

Операционные усилители.

Операционный усилитель представляет собой многокаскадный усилитель постоянного тока, обладающий коэффициентом усиления: К _ОУ=10⁴÷10⁵

Название "Операционный" связано с тем, что на его основе строятся аналоговые устройства, выполняющие математические операции, такие как: сложение, вычитание, умножение, деление, дифференцирование, интегрирование, сравнение сигналов. В схемах автоматически ОУ используется для создания таких регуляторов, как: пропорциональный (П), пропорционально-интегральный (ПИ), пропорционально -интегрально-дифференциальный (ПИД), импульсный, релейный, а также различных видов генераторы.

Схема:

В схеме указаны:

U вхи - напряжение на инвертирующем входе

U вхн _- напряжение на неинвертирующем входе

I вх_- входной ток ОУ

ОУ имеет 2 входа: инвертирующий и неинвертирующий.

ОУ усиливает разности напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входом.

Вход называется инвертирующим, потому что при U вхи > U вхн на выходе создаётся сигнал отрицательной полярности (т.е. происходит инверт. сигнала). Если U вхн > U вхи, то на выходе формируется положительный сигнал. Т. к. выходной сигнал не может быть больше напряжения питания, при большом коэффициенте усиления входной сигнал должен быть близкий к нулю.

К основным характеристикам ОУ относятся:

Коэффициент усиления ОУ (К оу), Напряжение питания U пит, максимальное U вых, максим, I вых

Промышленностью выпускаются следующие виды ОУ:

Тип ОУ	Коу	Uпит, (В)	Максимальные
Uвыхм , (В)	Iвыхм, (мА)
К153УД6		±15	±10
КР544УД15		±12,6	±6	2,5
К140УД7		±15	±10
К140УД14А		±15	±13	2,5
КМ551УД1		±15	±10
К553УД1		±15	±10

 

Интегрирующий ОУ

Он выполняет ф-цию интегратора входного сигнала (ф-цию интегрирования)

 

 

В схеме ; =>

=>

Если принять, что ∫ от лев. части = Uвых(t) и -R1Cо=Tи- постоянная времени интегрирования, то

,(интеграл от 0 до t).

Принцип действия интегратора поясним графически:

 

На вход подаются прям.импульсы длительности от 0 до t1 и от t2 далее

При подаче на вход прямого импульса на выходе будет формироваться напряжение = интегралу от пост.входного напряжения.

Т.к. Uвых не м.б. > питания в момент t’ происходит насыщение Uвых и это длится до t1. В момент времени t1 Uвх становится =0, при этом Uвых с пост.временем ti будет спадать до 0.

 

 

Дифференцирующий ОУ

Выполняет дифференцирование входного сигнала то есть на выходе формируется сигнал пропорциональный первой производной от входного сигнала.

В схеме (t) =

(t) = -

Исходя из принципа действия ОУ запишем (t) = -

Если обозначить - =Tg Tg – постоянная диффер-ия

(t) = Tg

Принцип действия дифференцирующего ОУ. Рассмотрим на графике.

Если на вход диф-его ОУ подать линейно нарастающее напряжение в интервале времени (0, ) в соответствии с принципом действия на выходе получим постоянные отрицательные напряжения.

 

 

Компаратор

Компаратор – устройство, на котором в системах автоматики выполняется сравнение 2 сигналов, какой из них больше. Схема компаратора:

 

Т.к. в схеме отсутствует обратная отрицательная связь (R0=∞), коэффициент масштабирования km тоже близок к 0. Поэтому входной сигнал Uo=Uвх-Uоп≈0. Принцип работы устройства: в момент, когда входные сигналы≈ между собой происходит переключение выхода в 0 или +Uпит. Принцип действия рассмотрим на графиках:

В соответствии с графиком в течение времени от 0 до t1

Uвых=+Uпит («1»). В интервале от t1 до t2 Uвых=0 («0»). На основе компараторов строятся шим-модуляторы.

Шим-модулятор преобразует значение аналогового напряжения (Uоп=) в соответствующую длительность импульса . Если изменять Uоп= на выходе модулятора получим прямоугольные импульсы соответственной длительности. В шим-модуляторах в качестве используется неизменяющееся пилообразное U. Uоп= - это то U, которое необходимо преобразовать в длительность импульса. Принцип действия шим модулятора на графиках:

 

Триггер Шмидта

В системах автоматики триггер Шмидта выполняет функцию релейного регулятора. Схема имеет вид:

В схеме действует положительная обратная связь по напряжению. Обратная связь-это передача в данном случае напряжения с выхода устройства на его вход. Обр. связь бывает положительная, если напряжение поступающее с выхода складывается с напряжением поступающим на вход. При отрицательной обратной связи напряжение поступающее с выхода вычитается из напряжения, поступающего на вход. В рассмотренной схеме напряжение с выхода через делитель R₁ и R₂ поступает на неинвертирующий вход операционного усилителя. Напряжение положительной обратной связи U_пос снимается с R₁. Это напряжение принимает 2 значения:

 

Принцип действия триггера Шмидта рассматривается на графиках:

Переключение происходит в момент приблизительного равенства переменного U_вых и напряжения положительной обратной связи U_пос

В интервале времени от 0 до t₁ напряжение на инвертирующем входе меньше чем на неинвертирующем, следовательно U_вых положительное. Это состояние удерживается до тех пор, пока переменная U_вх не достигнет значения U₂(U_пос). В момент совпадения произойдет переключение выхода на обратное состояние, т.е. - U_вых. Это состояние будет удерживаться до момента t₂ , когда переменная U_вых сравнивается с U₁ (U_пос). и т.д.

В результате для входного сигнала (~U_вх). Есть зона нечувствительности (сх. нереагирует на изменение вх. сигнала).

Статическая характеристика триггера Шмидта имеет вид:

 

Тиристоры.

Подразделяются на 2 класса:

1) Неуправляемые тиристоры. Динистры

2) Управляемые тиристоры наз. Тринистры.

Тиристоры применяются в средствах автоматики в качестве коммутаторов в цепях переменного и постоянного токов.

Динистр.

Динистр представляет собой полупроводниковый элемент с 3-мя переходами: П1, П2, П3.

При вл. напряжениями питания U, когда на анод подается «+», а на катод «-» переходы П1, П3 находятся под прямыми смещениями. При этом через динистр протекает тепловой обратный ток перехода П2 I₀.

Динистр нач. проводить ток в том случае, если обратное напряжение на переходе П2 достигнет предельного значения, т.е. наступит его пробой. И динистр работает так же как обычный диод.

ВАХ динистра:

 

На участке ОВ увеличение напряжения анод-катод. U_AK ведет к увеличению теплового тока на переходе П2; в т. В наступает электрический пробой перехода П2. Динистр из т. В мгновенно переходит в т. С характеристики на уч. СА динистр работает как обычный диод(см ВАХ диода).

Для того, что бы выкл. Динистр необходимо напряжение анод-катод U_AK снизить до напр. Отключения U_откл, или же по другому. Ток динистра уменьшить до значения тока удерживания I_УД.

18. Тринистр.

 

Отличие тринистра от динистра в том, что он имеет дополнительный электрод (упр-ий) подключается к области Р₂.

Управляющий электрод позволяет спровоцировать пробой перехода П₂ при меньшем обратном напряжении. На упр-ий эл. Относительно катода подается положительное напряжение (сигнал управления). Длительность такого сигнала должна быть достаточной, что бы произошел пробой в П₂.

На сх. Тринистр обозначается:

 

ВАХ Тринистра:

Если ток управления I_у=0, тринистр ведет себя как динистр, чем больше ток управления, тем при меньшем напряжении напряжении U_AK произойдет пробой перехода П₂, т.е. возникает возможность управления состоянием тринистра (вкл/выкл), состояния без изменения U_AK.

Обозначается тринистр следующим образом.

1) Силовые (на большие токи и напряж.) буквой Т

2) Маломощные – КУ

Для них как и для диодов осн. хар-ми явл.:

1) Допустимый ток через тиристр.

2) Обратное напряжение на тиристре.

 

 

Биполярные транзисторы

Предназначены для управляемого преобразования электрической энергии источника питания в ток нагрузки(I_н), в напряжение нагрузки(U_н) и мощность нагрузки(Р_н). Биполярные транзисторы представляют собой полупроводниковую структуру с двумя PN-переходами. Промышленностью выпускаются 2 типа наборов PN-переходов.

1) PNP, выполняемый на основе германия. В этом случае направление напряжений и токов транзистора следующее:

2) NPN структура, построена на основе кремния. Направления напряжений и токов:

Транзистор имеет 3 электрода(вывода): Э – эмиттер, К – коллектор, Б – база.

Эмиттер – предназначен для генерации носителей заряда и представляет собой высоко легированную область. Коллектор – предназначен для сбора носителей, выделяемых эмиттером. База – предназначена для управления потоком носителей из Э в цепь К.

Для PNP структуры в рабочем состоянии необходимо на К относительно Э и на Б относительно Э подать отрицательное напряжение. Для структуры NPN полярность напряжения устанавливается противоположная. В результате этого переход БЭ находится под прямым смещением, а переход БК под обратным смещением. Работает транзистор следующим образом: в зависимости от U прямого смещения UБЭ носители из Э поступают в область базы, поскольку U на Б относительно Э незначительно – только часть носителей передается в цепь Б. Большая часть носителей захватывается полем К и переносится в цепь К. Чем больше открыт переход БЭ, тем больше носителей поступает в цепь К.

В транзисторе: Iб << Iэ, Iк = Iэ – Iб = αIэ, где α – коэффициент, определяющий, какая доля Iэ передается в цепь К. α = 0,95 ÷ 0,98

В транзисторе наблюдается эффект усиления как U, так и I. Если входное U и I взять соответственно Uбэ и Iб, а выходное – Uобр и Iк, то можно заключить, что Uпр(Uбэ) << Uобр(Uбк). А также Iб << Iк.

В справочниках на транзисторы эффект усиления (передачи тока базы в цепь К) характеризуется статическим коэффициентом усиления β, который может быть: β = 10 ÷ 400.

Поскольку в транзисторе в явном виде присутствует усиление по I и U, транзистор также является усилителем мощности, т.к.: Iб · Uбэ << Iк · Uбк, т.е. Рвх << Рвых.

Эффект управления в транзисторе состоит в том, что чем больше открыт базовый переход(при больших напряжениях Uбэ · Iб), тем больше носителей передаются из Э в цепь К. Таким образом Iк можно изменять практически от 0 до максимального значения. Коэффициенты α и β связаны между собой след образом: β = .

Иногда в справочнике статический коэффициент усиления β через параметры четырехполюсника и обозначается h21. Транзисторы маркируются следующим образом:

кремниевые: КТ (2Т)

германиевые: ГТ (1Т)

Основные характеристики транзисторов:

1)допустимая мощность рассеяния, в связи с этим они делятся на мощные, средней мощности и маломощные.

2)рабочая частота транзистора. Делятся на низкочастотный, средней частоты, высокочастотный.

3)допустимое U на переходе КЭ.

4)допустимый Iк.

5)статический коэффициент усиления β (h21)

Допустимые	Uкэ, В	Iк, А	β (h21)
2Т935А
2Т608А (ср.мощности)		0,4
2Т313Б (ср.мощности)		0,6
2ТС622Б

 

 

20. Схема включения транзисторов. Схема с общей базой. Хар-ки схемы

Транзистор можно представить в виде 4-х полюсника:

Из схемы видно, что у 4-х полюсника вход и выход имеет общую точку. В свете этого (какой из электродов транзистора является общим для входа и выхода) различают схемы с общей базой (ОБ), общим эмитором (ОМ), общим коллектором (ОК). Взависимости от схемы включения такие параметры как коэф. Усиления по току (К_I), коэф. Усиления по U (К_U) и коэф. Усиления по мощности (К_P) имеют различные решения.

 

Схема с общей базой имеет вид:

 

В схеме U_вх = U_эб, U_вых = E_к – Е_кб ; U_вых = I_к *R_н ;

I_вх = I_э ; I_вых = I_к

Характеристики схемы с общей базой

(коэф. усиления по току (К_IБ); К_UБ; К_РБ )

К_IБ = ∆I_Вых / ∆I_вх К_IБ = ∆I_K / ∆I_Э = α ≈1

В схеме нет усилителя по I

К_{UБ =} ∆U_вых / ∆U_вх = ∆I_вых * R_H /∆I_вх* R_вх ≈R_H /R_вхБ

Коэф. усиления по U зависит от отношения R_H и R_{вх Б}

K_PБ =∆I_вых²*R_H /∆I_вх² *R_вхБ ≈ R_H / R_вхБ = К_UБ

К_Р = К_I * K_U

 

 

Транзисторные усилители.

Усилители построены на тран. подразделяются на 3 ключа.

Широкополосные усилители

= 1 кГц верхнее = 100 мГц

Усилители характеризуются следующими коэффициентами. Коэффициент усиления по напряжению по току по мощности .

Эквивалентная схема имеет вид.

 

В эквивалентной схеме – внутренне сопротивление источника входного сигнала .

Из эквивалентной схемы следует чем больше усилителя по отношению источника передается на вход усилителя. Выходной сигнал определяется соотношением и чем больше , тем большая часть напряжения передается с выхода усилителя на нагрузку.

Характер. Усилителей

Усилитель бывает по току , по напряжению и по мощности .

Как и во всех других схемах усилители коэффициент определяется как отношение выхода к входу = / .

В многокаскадных усилителях общий коэффициент усилителя равняется произведению каскадов = … часто коэффициенты определяются не в абсолютных значениях а в децибелах так = 20lg() = 20lg() = 10lg()

Если общий коэффициент усиления в абсолютных значениях равен произведению то в дб равен сумме составляющих = + +…+

Усилители низкой частоты

Схема:

 

 

В состав схемы кроме транзистора входят: разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2, делитель постоянного напряжения питания , коллекторное сопротивление Rк. Транзистор включается по схеме с общим эмиттером. Разделительные конденсаторы применяются для того, чтобы постоянная составляющая входного напряжения не поступала на базу транзистора и постоянная составляющая Uкэр (коллекторно-эмиттерного транзистора) не передавалась на выход схемы. Делитель предназначен для задания нач. рабочей точки по постоянному напряжению. В дальнейшем относительно этого напряжения будут изменяться как входной, так и выходной сигнал. Начальная рабочая точка выбирается на середине линейного участка входной и выходной характеристик усилителя, для того, чтобы положительная и отрицательная полуволна усиливалась одинаково. В этом случае нет в выходном напряжении нелинейных искажений. Для описания принципа действия рассмотрим 2 хар-ки училителя: входную хар-ку (зависимость тока базы Iбэ от напряжения Uбэ), выходную (зависимость тока коллектора I от напряжения Uкэ). Хар-ки имеют вид:

 

 

Рассм процессы по входной хар-ке. Допустим . В этом случае на базу транзистора подается постоянное напряжение с делителя (Uбэр). В этом случае начальная рабочая точка примет положение р’. Если на вход будем подавать , на базе транзистора будет создаваться переменное напряжение Uвхm с пьедесталом Uбэр. В результате базовый ток транзистора будет изменяться от +Iбm до – Iбm.

Представим выходную хар-ки в виде набора кривых. Состояние насыщения тока Iк по каждой кривой определяется значением тока базы. На выходную хар-ку положим нагрузочную прямую, которая проходит через 2 точки: по оси абсцисс Ек, ординат- Ек/Rк. Iк опр-ся по точкам совпадения кривых и нагрузочной прямой. Iк откладывается по оси, параллельной оси абсцисс. Т.к. =Uкэm-Uкэр, Uкэm=Ек-IкRк выходное напряжение откладывается по оси, II оси ординат. Рассмотрим 2 режима: 1) Uвх=0, при этом по входной хар-ке Iб=const и соответствует т. р’. В выходной хар-ке это соответствует Iк в т. р => Iк постоянный. Uвых=0, т.к. между Rк и выходом стоит конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую.

2) если на вход подать переменное U, это приведет к изменению Iб. Изменение Iб приведет к изменению Iк, который относительно т. Iкр будет изменяться от + Iкm до – Iкm. Это приведет к изменению Uкэm. Uкэm будет передаваться через Ср2 на выход. Т.к. в схеме Uвхm≈0.1 В, Uвыхm≈0.5 В, имеем коэф-т усиления =50. Особенность усилителя в том, что кроме усиления I, U, Pвыполняет инверсию входного сигнала на выходе.

 

 

Эмиттерный повторитель (ОК)

В эмиттерном повторителе транзистор включен по схеме с общим коллектором. Поэтому схема обладает всеми свойствами ранее рассмотренными. Схема эмит. повт.:

 

В схеме разделительные конденсаторы Ср1 и Ср2, делитель R выполняет те же функции, что в усилителе низкой частоты. Согласно св-в схемы включения транзистора с общим коллектором запишем: Uвх= Uвых- Uбэ (Uбэ≈0)

т.е., Uвых≈Uвх => коэф. усил-я по U (kU)

Входное сопротивление эмиттерного ускорителя определяется по формуле: Rвх≈βRэквн

 

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочный переход – это основа полупроводниковых элементов.

Хим. эл-ты состоят из «+» заряженного ядра, вокруг него вращаются “-“ заряженные электроны. Электроны вращаются на разных орбитах. Для устойчивого состояния каждая из орбит должна содержать определенное число электронов. 1 орбита (ближе к ядру которая) содержит 2 электрона. 2 орбита – 8 электронов. 3 орбита – 18 электронов и т.д.

В активных элементах последний слой содержит меньше, чем требуется число электронов. Число электронов, находящихся на последнем слое называется валентностью. Элементы для организации устойчивого состояния объединяются в группы, таким образом, чтобы валентный слой был заполнен до устойчивого состояния. Такая связь – ковалентная, она слабая, неустойчивая. Число электронов, которые не обеспечивают устойчивое состояние, называются свободными, которые под действием сил перемещаются по области, создавая эл. Ток. Также в создании эл. тока участвуют электроны, подвергшиеся ионизации.

Ионизация - переход под воздействием внешних сил электронов с более низкой на более высокую орбиту. В качестве источника такой энергии служат- тепловая энергия, энергия облучающих воздействий и др. Для того, чтобы электрон перескочил с одной орбиты на другую надо совершить работу выхода. Обратный процесс – переход с более высокой орбиты на низкую называется рекомбинацией. При этом высвобождается атомами энергия в виде изотопа. В теории полупроводников учитываются валентные электроны атомов. В качестве базового хим. эл-та исп-ся 4х валентные: германий, кремний. К чистым элементам добавляются примеси. Примеси: 3х валентный индий, алюминий. 5валентный мышьяк, фосфор. В результате получаются соединения у которых до устойчивости не хватает одного электрона или один свободный. 3х валентная примесь наз. акцептором, пр и котором соединяется структура с недостающим электроном. (в теории полупроводников это называется с одной дыркой + заряд)

Дырочная проводимость Р – 5ти валентная примесь – донор. В этом случае в качестве носителя заряда является электрон. Проводимость наз. электронной (N). Для организации полупроводника соединяют материалы с дырочной и электронной проводимостью. В результате такого соединения протекают электр. токи.

1) Р>N

Из-за разной концентрации носителей в Р и N областях происходит перемещение дырок в обл. N (○ →) и электроны в обл. Р (●→). Дырки и электроны являются основными носителями заряда, помимо этого в каждой из областей в результате ионизации или рекомбинации сущ. Не основные н