Приведите схему включения, назначение и ВАХ стабилитрона.

Они предназначены для стабилизации уровня постоянного напряжения. Это плоскостной полупроводниковый диод, на ВАХ которого (рис. 2.6, а)имеется участок со слабой зависимостью напряжения от проходящего тока (участок аб).

При превышении обратным напряжением значения U_обр.пр происходит лавинный пробой p - n -перехода. При этом наблюдается резкое возрастание обратного тока при почти неизменном уровне обратного напряжения. Это явление используется в стабилитронах, нормальным включением которых в цепь источника постоянного напряжения является обратное. Если обратный ток через стабилитрон не превышает некоторого значения I _ст.max, то состояние электрического пробоя не приводит к порче диода и может воспроизводиться в течение сотен тысяч часов.

 

Рис. 2.6

Их изготавливают из кремния. Параметры стабилитронов:

- напряжением стабилизации U_СТ — напряжением на стабилитроне при прохождении заданного тока стабили­зации, например I_{СТ ном} (рис. 2.6, а).

-минимальное I_CT._min и максимальное I_{СТ max} значения постоянных токов на участке стабилизации, при которых обеспечивается заданная надежность. Превышение тока I_{СТ max} приводит к тепловому пробою p - n- перехода.

- дифференциальное сопротивление стабилитрона в рабочей точке на участке стабилизации r_CT=dU_СТ/dI_СТ,. На участке стабилизации обычноr_CT = 0,5 ÷ 200 Ом;

5. Биполярные транзисторы (БТ).

БТ это активные п/п-вые приборы, служащие для усиления мощности электрических сигналов. БТ состоит из трех чередующихся слоев п/п-ка с электропроводностями разных типов и двух p - n -переходов. Различают транзисторы типа p-n-p (рис. 2.9, а)и n-p-n (рис. 2.9, е). Обозначения БТ этих типов показаны на рис. 2.9, б, г.

Рис. 2.9 Рис. 2.10

Внутреннюю область транзистора, разделяющую р-n -переходы, называют базой. Она тонкая и низколегированная. Внешний слой п/п-ка, предназначенный для внедрения носителей заряда в базу, называют эмиттером, а p-n -переход П₁,примыкающий к эмиттеру — эмиттерным. Другой внешний слой, вытягивающий носители заряда из базы, называют коллектором, а переход П₂ — коллекторным. База является электродом, управляющим значением тока, проходящего через транзистор, так как, меняя напряжение между базой и эмиттером, можно управлять плотностью тока.

БТ изготавливают из германия и кремния. Обозначение БТ: первый элемент (цифра или буква)-материал п/п-ка: 1 или Г-германий, 2 или К – кремний; второй элемент - буква Т, у полевых - буква П; третий элемент- трехзначный номер -указывает мощность и частотный диапазон; четвертый элемент-(буква) - разновидность транзистора данного типа. Например, ГТ905А — германиевый мощный высокочастотный транзистор, разновидность типа А.

Если эмиттерный переход напряжением U_эб смещен в прямом направлении, а коллекторный переход напряжением U_кб — в обратном (см. рис. 2.9, а, в), то включение транзистора называют нормальным. При перемене полярности напряжений U_эб и U_кб получим инверсное включение транзистора.

Рассмотрим работу БТ типа p-n-p,включенного по схеме с общей базой (рис. 2.11 ).

Рис. 2.11

 

При наличии источников смещения Е_э и Е_к указанной полярности дырки перемещаются из эмиттера в базу, а электроны из базы в эмиттер. Т.к. концентрация электронов в базе во много раз меньше концентрации дырок в слое эмиттера, то встречный поток электронов значительно меньше. Поэтому при встречном перемещении дырок и электронов произойдет их частичная рекомбинация, а избыток дырок внедряется в слой базы, образуя ток эмиттера. Они перемещаются к коллекторному р-n -переходу. Поток электронов образует маленький базовый ток I_б. Так как толщина базы w_б современных транзисторов составляет единицы микрон, то большая часть дырок достигает коллекторного p-n -перехода и захватывается его полем.При этом в кол­лекторной цепи проходит ток I_к, замыкая общую цепь тока. Т. о., для токов транзистора справедли­во соотношение I_э=I_б+I_к

Перенос тока из эмиттерной цепи в коллекторную характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера h_21б=(ðI_к/ðI_э)_Uкб=const, который у современных транзисторов достигает 0,95-0,99 и более. Поэтому I_б≈(0,05 ÷ 0,01) I_э и I_к = (0,95 ÷ 0,99)I_э.

Т. о., изменение тока входной цепи вызывает соответствующее изменение тока в выходной цепи. Поскольку эмиттерный p-n -переход включен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном, то маленькое изменение входного напряжения вызывает значительно большее изменение выходного напряжения. На этом свойстве и основано усилительное действие транзистора.

U_ВХ= I_ЭR_ВХ; U_ВЫХ= I_кR_к= h_21б I_эR_к

 

Хотя коэффициент передачи тока h_21б меньше единицы, коэффициенты усиления по напряжению E_U и по мощности К_Р могут достигать больших значений. Дело в том, что при прямом включении эмиттерного перехода его сопротивление переменному току R_ВХ составляет несколько десятков Ом, а сопротивление коллекторного перехода при обратном включении достигает сотен килоом. Поэтому в выходную цепь транзистора можно включать большое сопротивление нагрузки R_к >>R_ВХ. Тогда коэф­фициент усиления по напряжению К_U= U_BЫХ / U_BX= I_кR_к / I_эR_ВХ= h_21бR_к/R_ВХ >>

и коэффициент усиления по мощности

К_Р= Р_ВЫХ /Р_ВХ= I_к² R_к./ I_э² R_ВХ = h_21б² R_к/ R_ВХ>> 1

 

 

6. Схемы включения транзисторов.

Как элемент электрической цепи, транзистор включают таким образом, что один из его электродов является входным, а другой — выходным. Третий электрод является общим относительно входа и выхода. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) (рис. 2.12).

 

Рис. 2.12

 

Схема с ОБ усиливает по напряжению и мощности. Схема с ОК усиливает по току и мощности. Схема с ОЭ усиливает по напряжению, току и мощности, поэтому применяется наиболее часто. Коэффициент передачи тока эмиттера h_21э=(ðI_к/ðI_э)_Uкэ=const≈ I_к/I_б

h_21э= h_21б/(1- h_21б)

Семейство входных характеристик транзистора для схемы ОЭ I_б= f (U_бэ)_Uкэ=const показано на рис. 2.13, а. При U_кэ = 0 вольт-амперная характеристика аналогична прямой ветви характеристики диода. С ростом напряжения на базе ток базы экспоненциально увеличивается, переходя в линейную зависимость при сравнительно большом токе базы.

Выходные характеристики транзистора для схемы ОЭ I_к= f (U_КЭ)_Iб=const (рис. 2.13; б)...

Рис. 2.13

Характеристиками пользуются для определения режимов работы транзистора.

Рис. 2.18

1) Усилительный режим- эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный- в обратном, на рис. 2.18, а усилительный режим отмечен как активная область I.

2) Режим насыщения - при малых напряжениях на коллекторе (0,2—0,3 В) ток коллектора не зависит от тока базы и характеристики сливаются в одну линию (область насыщения II). В режиме насыщения оба перехода тран­зистора смещаются в прямом направлении, а транзистор можно представить в виде замкнутого ключа (рис. 2.18, б). Этот режим возникает при больших токах базы I_б≥ I_{б нас}

3) Режим отсечки - I_б = 0, оба перехода транзистора смещены в обратном направлении, и через них проходят очень малые обрат­ные токи. Транзистор в области отсечки Ш представляет собой разомкнутый ключ (рис. 2.18, в). I и III режимы называют ключевыми.

4) Режим лавинного пробоя IV возникает при U_кэ=U_{кэ.проб,} при этом происходит пробой коллекторного перехода, и коллекторный ток резко возрастает. Такой режим работы транзистора является недопустимым.