- •Электроника и схемотехника
- •Аналоговых электронных
- •Устройств
- •Учебное пособие
- •1. Полупроводниковые приборы
- •1.1. Полупроводниковые диоды
- •1.1.1. Устройство и классификация полупроводниковых диодов
- •1.1.2. Физические процессы в p-n-переходе
- •1.1.3. Работа диода при подключении внешнего обратного напряжения
- •1.1.3.1. Тепловой ток диода
- •1.1.3.2. Токи генерации и утечки в реальных диодах
- •1.1.4. Работа диода при подключении внешнего прямого напряжения
- •1.1.5. Основные параметры диодов
- •1.1.5.1. Сопротивления диода
- •1.1.5.2. Емкости диода
- •1.1.6. Типы полупроводниковых диодов
- •1.1.6.1. Выпрямительные диоды
- •1.1.6.2. Стабилитроны
- •1.1.6.3. Варикапы
- •1.1.6.3.1. Вольт-фарадная характеристика варикапа
- •1.1.6.3.2. Добротность варикапа
- •1.1.6.4. Туннельный диод
- •1.1.6.4.1. Принцип квантово-механического туннелирования
- •1.1.6.4.2. Вольт-амперная характеристика туннельного диода
- •1.1.6.5. Импульсные диоды
- •1.1.6.6. Диоды с накоплением заряда
- •1.1.6.7. Диоды с барьером Шоттки
- •1.1.6.8. Лавинно пролетные диоды
- •1.1.6.9. Фотодиод
- •Рассмотрим общие характеристики фотодиодов.
- •1.2. Биполярные транзисторы
- •1.2.1. Устройство и режимы работы транзистора
- •1.2.2. Физические процессы, протекающие в транзисторе, работающем в активном режиме
- •1.2.3. Схемы включения, основные характеристики и параметры транзисторов
- •1.2.3.1. Схема включения транзистора с общей базой (об)
- •1.2.3.2. Основные параметры транзистора с об
- •1.2.3.3. Схема включения транзистора с общим эмиттером (оэ)
- •1.2.3.4. Выходные и входные характеристики транзистора , включенного по схеме с оэ
- •1.2.3.5. Параметры транзистора, включенного по схеме с оэ
- •1.2.3.6. Схема включения транзистора с общим коллектором (ок)
- •1.2.3.7. Параметры транзистора с ок
- •1.2.4. Эквивалентные схемы транзисторов
- •1.2.4.1. Эквивалентная схема транзистора в виде модели Эберса-Молла
- •1.2.4.2. Дифференциальные параметры и малосигнальные эквивалентные схемы транзистора
- •1.2.4.3. Эквивалентная схема транзистора в h-параметрах
- •1.2.4.5. Эквивалентная схема транзистора в y-параметрах
- •1.2.5. Инерционные свойства биполярного транзистора. Зависимость параметров биполярного транзистора от частоты.
- •1.2.5.1. Процессы в схеме с общей базой
- •1.2.5.2. Процессы в схеме с оэ
- •1.3. Полевые транзисторы
- •1.3.1. Транзисторы с управляющим p-n-переходом.
- •1.3.1.1. Устройство и принцип работы полевого транзистора с управляющим p-n-переходом
- •1.3.2. Полевой транзистор, включенный по схеме с ои а) с n-каналом,
- •1.3.2. Дифференциальные параметры.
- •1.3.3. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
- •1.4. Тиристоры
- •1.5. Интегральные схемы
- •1.6. Полупроводниковые датчики и индикаторные приборы
- •1.6.1. Полупроводниковые датчики температуры
- •1.6.2. Магнитополупроводниковые приборы
- •1.6.3. Приборы с зарядовой связью
- •1.6.4. Фотоэлектрические приборы. Понятие об оптоэлектронных приборах.
1.2.4.5. Эквивалентная схема транзистора в y-параметрах
Эквивалентная схема в y-параметрах обычно используется для анализа работы транзистора на высоких частотах. В этом случае независимыми переменными являются напряжения и , а зависимыми - токи и . Тогда система уравнений, характеризующая работу четырехполюсника примет вид:
I1=y11U1+y12U2 (1.2.38)
I2=y21U1+y22U2.
Для схемы с ОЭ (1.2.38) перепишется следующим образом:
. (1.2.39)
Коэффициенты системы уравнений (1.2.39)определяются при прямом и обратном коротком замыкании четырехполюсника.
Для случая прямого короткого замыкания: - входная проводимость при коротком замыкании, - проводимость прямой передачи, характеризующая воздействие входного напряжения на выходной ток при коротком замыкании.
Для случая обратного короткого замыкания: - проводимость обратной передачи, характеризующая воздействие выходного напряжения на входной ток при коротком замыкании, - выходная проводимость при коротком замыкании.
Эквивалентная схема транзистора с ОЭ в y-параметрах представлена на рис. 1.2.15.
Источник называется зависимым источником от входного напряжения , а источник - зависимым источником тока, потому что значение тока этого источника зависит от напряжения другой ветви.
Рис. 1.2.15 Эквивалентная схема транзистора с ОЭ в y-параметрах
Аналогично можно записать систему уравнений для транзистора с ОБ, и построить его эквивалентную схему в y-параметрах.
1.2.5. Инерционные свойства биполярного транзистора. Зависимость параметров биполярного транзистора от частоты.
1.2.5.1. Процессы в схеме с общей базой
В нормальной активной области накопленный в базе заряд неосновных носителей распределен по толщине базы по линейному закону: у эмиттерного перехода
, (1.2.40)
а у коллекторного
. (1.2.41)
Заряд в базе зависит от напряжения на эмиттерном переходе:
(1.2.42)
Ток коллектора - это ток диффузии неосновных носителей через базу
(1.2.43)
Значение зависит от заряда в базе:
(1.2.44)
Здесь - время диффузии неосновных носителей через базу. Каждому значению Uэб соответствует свое установившееся значение заряда Qбн и тока коллектора. При быстрых изменениях входного сигнала появляются инерционные свойства транзистора, обусловленные конечным временем “пролета” неосновных носителей через базу, т.е. временем на установление новой концентрации носителей в базе.
Если входной ток Iэ изменится скачком на Iэ, то ток коллектора изменится на величину Iк=дифIэ не мгновенно, а по экспоненциальному закону, с постоянной времени . Этот процесс можно рассматривать как изменение коэффициента передачи тока во времени по экспоненте:
, (1.2.45)
где 0 - установившееся значение. Если использовать преобразование Лапласа для функции диф(t), то коэффициент передачи тока в операторной форме равен , где p - оператор Лапласа.
Рис. 1.2.16. Переходный процесс при включении транзистора с ОБ
Постоянная времени равна времени диффузии, т.е. зависит от толщины базы.
Если переменная составляющая тока эмиттера имеет вид синусоидального колебания , коллекторный ток также будет синусоидальным, при этом коэффициент диф может быть найден из (p) подстановкой p=j. Таким образом, зависит от частоты
. (1.2.46)
Здесь - предельная частота коэффициента передачи тока эмиттера, на которой модуль коэффициента =0.7 своего статического значения. С ростом частоты не только уменьшается модуль коэффициента, но и увеличивается задержка (запаздывание по фазе) тока коллектора . При , и .
Реальные зависимости и совпадают с этими формулами только в диапазоне частот до , что видно из рис 1.2.17.
1
0.7
0.1 1 10 /
-/4
-/2
реальная зависимость
Рис. 1.2.17. Зависимости коэффициента передачи тока и фазы сигнала от частоты при работе транзистора с ОБ на высоких частотах
Чем тоньше база, тем меньше , тем выше предельная величина коэффициента .