- •Кафедра «Электроснабжение железнодорожного транспорта»
- •Электроника Конспект лекций
- •Предисловие
- •Введение
- •Лекция 1. Полупроводниковые материалы, конструкция и свойстваp-nперехода
- •1.1. Полупроводниковые материалы
- •1.2. Получение односторонней проводимости
- •1.3. Виды пробояp-nперехода
- •1.4. Ёмкостиp-nперехода
- •1.5. Конструктивное исполнениеp-nперехода
- •Лекция 2. Полупроводниковые диоды, основные параметры и классификация. Режим нагрузки полупроводниковых диодов. Графический и аналитический методы расчёта схем
- •2.1. Полупроводниковые диоды
- •2.2. Классификация и система обозначения полупроводниковых диодов
- •2.3. Режим нагрузки полупроводниковых диодов
- •Лекция 3. Применение полупроводниковых диодов. Однофазные выпрямители
- •3.1. Классификация и основные параметры выпрямителей
- •3.2. Однофазный однополупериодный выпрямитель
- •3.3. Однофазный двухполупериодный выпрямитель
- •3.3. Однофазный мостовой выпрямитель
- •Лекция 4. Сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения. Работа выпрямителей на активно-ёмкостную нагрузку. Схемы с умножением напряжения
- •4.1. Пульсации выпрямленного напряжения
- •4.2. Сглаживающие фильтры
- •4.3. Работа выпрямителя на ёмкостный фильтр
- •4.4. Схемы с умножением напряжения
- •4.5. Внешняя характеристика выпрямителя с ёмкостным фильтром
- •Лекция 5. Полупроводниковые стабилитроны. Параметры, классификация, анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения
- •5.1. Основные параметры стабилитронов
- •5.2. Классификация и система обозначения стабилитронов
- •5.3. Параметрический стабилизатор напряжения
- •5.4. Анализ работы схемы параметрического стабилизатора напряжения
- •Лекция 6. Транзисторы биполярные. Классификация, система обозначений, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы
- •6.1. Биполярные транзисторы
- •6.2. Принцип действия биполярного транзистора
- •6.3. Схемы включения биполярного транзистора и их основные параметры
- •6.4. Режимы работы транзистора
- •Лекция 7. Статические характеристики транзисторов
- •7.1. Статические характеристики транзистора в схеме об
- •7.2. Статические характеристики транзистора в схеме оэ
- •7.3. Статические характеристики транзистора в схеме ок
- •Лекция 8. Работа транзистора в режиме нагрузки. Схема однокаскадного усилителя. Классы усиления
- •8.1. Работа транзистора в режиме нагрузки
- •8.2. Схема однокаскадного транзисторного усилителя
- •8.3. Класс усиления а
- •8.4. Класс усиления в
- •8.5. Класс усиления с
- •8.6. Класс усиленияD(ключевой режим работы транзистора)
- •Лекция 9. Влияние температуры на работу транзистора в режиме нагрузки. Схемы термостабилизации
- •9.1. Схема термостабилизации с оос по току базы
- •9.2. Схема термостабилизации с оос по напряжению база-эмиттер
- •Лекция 10. Влияние частоты усиливаемого сигнала на работу транзистора. Частотные характеристики однокаскадных транзисторных усилителей
- •10.1. Влияние частоты усиливаемого сигнала на работу транзистора
- •10.2. Схема и амплитудно-частотная характеристика усилителя оэ
- •10.3. Схема и амплитудно-частотная характеристика усилителя ок
- •10.4. Схема и амплитудно-частотная характеристика усилителя об
- •Лекция 11. Двухкаскадные усилители
- •11.1. Двухкаскадный усилитель оэ-оэ
- •11.2. Двухкаскадный усилитель ок-оэ (схема Дарлингтона)
- •11.3. Двухкаскадный усилитель оэ-об (каскодный усилитель)
- •11.4. Дифференциальный усилитель
- •Лекция 12. Полевые транзисторы. Классификация, принцип действия, основные параметры, схемы включения и режимы работы
- •12.1. Классификация полевых транзисторов
- •12.2. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с управляющимp-n переходом
- •12.3. Устройство и принцип действия полевых транзисторов с изолированным затвором
- •12.4. Основные параметры полевых транзисторов
- •12.5. Схемы включения полевого транзистора и их основные параметры
- •Лекция 13. Работа полевого транзистора в режиме нагрузки. Схема однокаскадного усилителя. Влияние температуры. Частотные и шумовые характеристики
- •13.1. Работа полевого транзистора в режиме нагрузки
- •13.2. Влияние температуры на работу полевого транзистора
- •13.3. Частотные характеристики полевых транзисторов
- •13.4. Шумовые характеристики полевых транзисторов
- •Лекция 14. Тиристоры, принцип работы, классификация и основные параметры
- •14.1. Устройство и принцип работы тиристора
- •14.2. Переходные процессы при открывании и закрывании тиристора
- •14.3. Влияние скорости нарастания прямого напряжения на работу тиристора
- •14.4. Классификация и система условных обозначений
- •Лекция 15. Применение динисторов и не запираемых тиристоров. Генератор пилообразного напряжения. Регулируемый выпрямитель. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока
- •15.1. Генератор пилообразного напряжения (гпн)
- •15.2. Схема управления тиристором
- •15.3. Применение тиристоров. Управляемый выпрямитель
- •15.4. Закрывание тиристора в цепи постоянного тока
- •Лекция 16. Запираемые тиристоры. Симметричные тиристоры – симисторы
- •16.1. Запираемые тиристоры
- •16.2. Симметричные тиристоры – симисторы
- •16.3. Применение симисторов. Регулятор переменного напряжения
- •Лекция 17. Светодиоды. Фотодиоды. Оптоэлектронные устройства
- •17.1. Светодиоды
- •17.2. Фотодиоды
- •17.3. Оптроны
- •Лекция 18. Аналоговые интегральные микросхемы
- •18.1. Классификация аналоговых интегральных микросхем
- •18.2. Применение аналоговых интегральных микросхем
- •Библиографический список
6.2. Принцип действия биполярного транзистора
Рассмотрим физические процессы, происходящие в транзисторе, как в системе двух взаимодействующих p-n– переходов. Выберем для анализа транзистор структурыp-n-p.
Биполярному транзистору присущи некоторые конструктивные особенности: p-n-переходы сформированы очень близко друг к другу на расстоянии меньше длины диффузионного пробега носителей зарядов, поэтому заряды, прошедшие через один переход, могут достичь другого перехода и проникнуть через него; эмиттерную и коллекторную области легируют примесями значительно больше, чем область базы, поэтому концентрация основных носителей (дырок) в эмиттере и коллекторе гораздо выше, чем электронов в базе. Из-за этого областиp-n– переходов эмиттер-база (ХЭБ) и коллектор-база (ХКБ) смещены в область базы, что дополнительно уменьшает ширину базы. Схематичное изображение транзистора с такими конструктивными особенностями представлено на рис. 6.2.
Рис. 6.2. Схематичное изображение транзистора структуры p-n-p
Подключение к электродам транзистора внешних источников питания ЕЭБплюсом к эмиттеру открывает переход эмиттер-база, а ЕКБминусом к коллектору закрывает переход коллектор-база.
Через открытый переход эмиттер-база начинает протекать ток эмиттера IЭ– ток основных носителей зарядов: дырки из эмиттера проходят в базу, а электроны из базы – в эмиттер. Поскольку концентрация электронов в базе мала, то в базу проникает больше дырок, чем уходит из неё электронов. Происходит инжекция (проникновение) в базу не основных для неё носителей зарядов – дырок. Инжектированные в базу дырки перемещаются в ней и частично рекомбинируют (соединяются, взаимно уничтожаются) с малым числом электронов, образуя ток базыIБ. Но ширина базы меньше длины диффузионного пробега дырок, поэтому большая часть дырок избегает рекомбинации и подходит к переходу коллектор-база.
Переход коллектор-база закрыт для электронов (основных носителей зарядов в базе), но для не основных носителей он не представляет препятствия. Наоборот, электрическое поле от ЕКБв области перехода коллектор-база ускоряет дырки, которые свободно проходят в коллектор, создавая ток коллектораIК.
Токи в транзисторе связаны соотношением:
. (6.1)
Это – основное уравнение токов в транзисторе.
Основным показателем качества транзистора является коэффициент передачи тока. Различаюткоэффициент передачи тока эмиттера:
статический и динамический (дифференциальный). (6.2)
Поскольку ток коллектора всегда меньше тока эмиттера на величину тока базы, коэффициент передачи тока эмиттера всегда меньше единицы. Обычно .
Коэффициент передачи тока базы:
статический и динамический (дифференциальный). (6.3)
Поскольку ток коллектора всегда больше тока базы, коэффициент передачи тока базы всегда больше единицы. Обычно .
Коэффициенты передачи тока можно выразить один через другой:
;. (6.4)
Коэффициенты передачи тока зависят от режима работы транзистора. Особенно сильно они зависят от тока эмиттера. График зависимости отIЭпредставлен на рис. 6.3.
Рис. 6.3. Зависимость коэффициента передачи тока эмиттера от тока эмиттераIЭ
В области 1 малых токов эмиттера 0, так как слишком мало дырок проникает из эмиттера в базу, и они почти все рекомбинируют, не достигая коллектора.
В области 2 средних токов эмиттера =const, транзистор работает так, как было рассмотрено выше.
В области 3 больших токов эмиттера в базе образуется избыточный заряд не основных носителей, снижается длина диффузионного пробега, растёт количество рекомбинаций, и снижается.
Дополнительно на работу транзистора влияет величина напряжения на коллекторе. При увеличении UКБувеличивается толщина перехода коллектор-базаХКБза счёт области базы. Толщина базы уменьшается. Это явление носит названиемодуляции ширины базы(эффект Эрли). Из-за эффекта Эрли:
1. Уменьшается число рекомбинаций в базе и время пролёта не основных носителей через область базы, из-за чего уменьшается ток базы и возрастает ток коллектора, что приводит к увеличению коэффициентов передачи тока и.
2. При некоторой достаточно большой величине UКБширина базыХБ0, эмиттерный и коллекторный переходы смыкаются, и транзистор переходит в режим лавинного пробоя. Обычно это заканчивается электрическим пробоем цепи коллектор-эмиттер и выходом транзистора из строя.
3. Незначительно возрастает ток эмиттера, так как снижается напряжение UЭБи входное сопротивлениеrЭБ. Это называется обратной связью по напряжению. Численное значение обратной связи определяется как коэффициент.
Более подробные сведения об h-параметрах транзистора можно прочитать в [20].