- •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.
1.2.5.2. Процессы в схеме с оэ
Если входной ток базы Iб изменить скачком на величину Iб, то ток коллектора получит приращение , но не мгновенно, а также по экспоненте с постоянной времени . Это равноценно тому, что коэффициент передачи тока базы является функцией времени:
, (1.2.47)
или в операторной форме:
, (1.2.48)
где - установившееся значение. Иллюстрация переходного процесса представлена на рис. 1.2.18.
iк
Iк
iб
0 2 3 4 t
Рис. 1.2.18. Переходный процесс при включении транзистора с ОБ
Если же колебания базы имеют форму синусоиды, то коэффициент передачи диф является комплексной функцией частоты, т.е.:
, (1.2.49)
где - предельная частота коэффициента передачи тока базы, на которой коэффициент диф по модулю уменьшается до уровня 0.7 от 0.
Постоянную времени (или частоту ) можно связать с постоянной (или частотой ):
Отсюда видно, что:
, (1.2.50)
где в (0+1) раз больше , т.е. предельная частота в (0+1) раз ниже, чем частота . Во сколько раз коэффициент 0 больше коэффициента 0, во столько же раз полоса рабочих частот в схеме с ОЭ уже, чем в схеме с ОБ. Быстродействие транзистора в схеме с ОЭ значительно хуже, чем в схеме с ОБ в режиме управления входным током.
В ряде случаев частотные свойства транзистора характеризуют граничной частотой гр, на которой модуль || становится равным 1.
При > формула для диф() упрощается:
(1.2.51)
Отсюда гр найдем, приравнивая = 1:
гр = 0 , (1.2.52)
т.е. гр.
В справочниках приводятся не циклические частоты, а частоты следования импульсов: fh21б=f , fh21э =f, fгр , fmax, где fmax - максимальная частота генерации, на которой транзистор способен работать в схеме автогенератора, т.е. коэффициент усиления по мощности равен 1.
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
Полевой транзистор – это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал, и управляемым электрическим полем. Полевой транзистор иногда называют униполярным, так как его работа основана на использовании только основных носителей заряда – либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неосновных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов. Основным способом движения носителей заряда, образующих ток полевого транзистора, является дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называется каналом.
Рассмотрим устройство транзистора с n-каналом. Структура такого транзистора представлена на рис. 1.3.1.Тонкий слой слаболегированного n-полупроводника наносится на сильнолегированную подложку p-типа. Над поверхностью канала имеется сильно легированная p-область, к которой припаивается металлический электрод, создающий эффект поля, и называется затвором. Два других электрода называются истоком и стоком. Истоком служит тот из них , из которого при соответствующей полярности напряжения между истоком и стоком в канал поступают основные носители заряда, а стоком - тот, через которой эти носители уходят из канала.
Рис. 1.3.1. Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом
Для хорошего контакта с выводами стока и истока концы n-канала тоже сильно легированы. P-n-переходы между затвором и каналом должны быть смещены в обратном направлении. Для этого на затворе должно быть отрицательное напряжение, а на канале - положительное относительно подложки. В транзисторе с p-каналом затвор и подложка должны иметь n-электропроводность и полярности напряжений противоположны. Обычно напряжения на затвор и сток подают относительно истока, с которым соединяют и подложку.
В зависимости от того, какой из выводов является общим для входа и выхода, различают три схемы включения полевого транзистора: с общим истоком(ОИ), общим затвором (ОЗ) и общим стоком (ОС). Наибольшее распространение получила схема с ОИ. На рис. 1.3.2 представлены схемы включения полевого транзистора с ОИ для транзисторов с n- и p-каналом.
а) б)