1.4 Полупроводниковые триоды (транзисторы)

Транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом примесной проводимости. Если транзистор состоит из двух p- областей полупроводника, разделенных n- областью, то это p – n – p-транзистор, если проводимость трех областей противоположна, то это n – p – n-транзистор. В любом случае средняя область транзистора называется базой, левая – эмиттером, правая – коллектором. Каждая область имеет электрический вывод, то есть транзистор – трехполюсник. Простейшая структура n – p – n-транзистора и его условное обозначение показаны на рис.1 в описании к лабораторной работе «Мультивибратор на транзисторах».

Итак, транзистор содержит два p – n-перехода, разделенных областью базы. Переход между эмиттером и базой называется эмиттерным, или первым переходом, а между коллектором и базой – коллекторным, или вторым переходом. Особенностью транзистора является то, что толщина области базы делается очень узкой, так что два перехода в транзисторе взаимодействуют между собой. Взаимодействие переходов обеспечивает характерные свойства транзистора, которые определяют работу схем, включающих в себя транзисторы.

Поскольку транзистор содержит два p – n-перехода, то его электрические свойства должны зависеть от четырех комбинаций напряжений на этих переходах. Кроме того, поскольку токи через переходы в общем случае различны, то транзистор в схемах оказывается включенным в две цепи тока, чаще всего в цепь тока эмиттера (или базы) и тока коллектора – в коллекторную цепь. Так как транзистор – трехполюсник, то при включении его в схему один электрод является общим для входа и выхода, поэтому различают схемы включения транзистора: с общим эмиттером (ОЭ), с общей базой (ОБ) и с общим коллектором (ОК).

Электрические свойства транзистора определяются двумя семействами характеристик, которые снимаются экспериментально, и для разных включений транзистора различны. В любом случае ВАХ транзисторов нелинейны и показывают одностороннюю проводимость транзисторов.

Приложение 2 Спектральное представление периодических сигналов

Великим французским математиком Фурье доказана теорема: периодическая функция , удовлетворяющая условиям Дирихле, может быть представлена в виде тригонометрического ряда. В случае периодического напряжения этот ряд может быть записан в двух формах

,

(1)

где – частота повторения процесса, T – период сигнала, а коэффициенты рядов равны

, , , .

(2)

Описание периодических сигналов в виде суммы гармонических составляющих – правая часть (1) – называется спектральным (частотным) представлением сигналов.

Очевидно соотношение (1) определяет взаимно-однозначную связь между двумя математическими моделями аналоговых сигналов – временным описанием и описанием сигналов в частотной области. Из него следует, что любое изменение формы сигнала, то есть изменение , ведет к изменению спектра сигнала, и наоборот.

Совокупность (набор) гармоник, из которых состоит сложный сигнал, называется его спектром.

Основные черты спектра периодического сигнала.

Согласно (1) периодический сигнал состоит из суммы гармонических колебаний – гармоник, частоты которых образуют дискретный ряд чисел: w₁ , 2w₁ , 3w₁ , …и определяются только периодом сигнала. По этой причине спектр периодического сигнала называют дискретным.

Из (2) следует, что амплитуды и начальные фазы гармоник зависят от формы сигнала , то есть содержат информацию, заключенную в сигнале, – это информационные параметры спектра.

Спектр сигналов принято изображать графически, в виде зависимости амплитуд гармоник от частоты – амплитудный спектр, и зависимости начальных фаз гармоник от частоты – спектр фаз.

На рис. 5 в описании к работе «Выпрямление» для примера показан амплитудный спектр тока в однополупериодном и двухполупериодном выпрямителях.