Транзи́стор радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической. - презентация

1

2 Транзи́стар радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам управлять током в электрической цепи. Управление током в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к существенно большему изменению выходного напряжения и тока.

3 По структуре Биполярный транзистар Полевой транзистар По основному полупроводниковому материалу Германиевые Кремниевые Арсенид-галлиевые

4 По мощности Маломощные транзистары до 100 м Вт Транзистары средней мощности от 0,1 до 1 Вт Мощные транзистары (больше 1 Вт)

5 Биполярный транзистар состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзистары. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из- за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база- коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистар относится к несимметричным устройствам.

6 В активном режиме работы транзистар включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт). Для определённости рассмотрим npn транзистар.

7 Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из- за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны неосновные носители заряда, то электрическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллектора получается лишь немного меньше тока эмиттера. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу.

8 Коллекторный ток транзистара в нормальном активном режиме работы транзистара больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистара. Обозначается оно h21. Если транзистар включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

9 Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистара. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления. Третий параметр биполярного транзистара коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер- коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений.

10 Входные (а) и выходные (б) статические характеристики биполярного Транзистара, включенного по схеме с общей базой. 0 0,1 0,2 U эб, В I э, мА Uкб =0 Uкб =-5,0В U кб, проб U кб, В I к,мА Iэ=30 мА

11 Выходные (а) и входные (б) статические характеристики биполярного транзистара, включенного по схеме с общим эмиттером U бэ,В I б, мА U кэ= 0 U кэ =-5В Iк Uкэ,проб Uкэ, В Iб =0 Iб=Iко 0,5 мА 1,5 мА 20 мА

12 Нормальный активный режим Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база в обратном (закрыт) U ЭБ >0;U КБ <0; Инверсный активный режим Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход прямое. Режим насыщения Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Режим отсечки В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Барьерный режим В данном режиме база транзистара по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистар с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистара включается резистар, задающий ток через транзистар. В таком включении транзистар представляет из себя диод, включенный последовательно с резистаром. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих схему элементов, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам транзистаров.

13 Схема включения с общим эмиттером Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной.

14 Схема включения с общей базой Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистара. Если один и тот же транзистар включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления.

15 Схема включения с общим коллектором Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь. Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

16 Полевой транзистар - это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и управляемый электрическим полем. В отличие от биполярных работа полевых транзистаров основана на использовании основных носителей заряда в полупроводнике. В связи с этим их называют униполярными. Униполярными называют такие транзистары, работа которых основана на использовании основных носителей: только дырок или только электронов.

17 К истоку подсоединяют плюс, к стоку - минус источника напряжения, к затвору - минус источника. Сопротивление между стоком и истоком очень велико, так как стоковый р- n-переход оказывается под обратным смещением. Подача на затвор отрицательного смещения сначала приводит к образованию под затвором обедненной области, а при некотором напряжении называемом пороговым, - к образованию инверсионной области, соединяющей p- области истока и стока проводящим каналом. При напряжениях на затворе выше канал становится шире, а сопротивление сток-исток - меньше. Рассматриваемая структура является, таким образом, управляемым резистаром.

18 Две основные структуры МДП транзистаров показаны на рисунке. Первая из них (рис.а) характерна наличием специально осуществленного (собственного или встроенного} канала, проводимость которого модулируется смещением на затворе. В случае канала р-типа положительный потенциал Us отталкивает дырки из канала (режим обеднения), а отрицательный - притягивает их (режим обогащения). Соответственно проводимость канала либо уменьшается, либо увеличивается по сравнению с ее значением при нулевом смещении.

19 Вторая структура (рис. б) характерна отсутствием структурно выраженного канала. Поэтому при нулевом смещении на затворе проводимость между истоком и стоком практически отсутствует: исток и сток образуют с подложкой встречновключенные р-п переходы. Тем более не может быть существенной проводимости между истоком и стоком при положительной полярности смещения, когда к поверхности полупроводника притягиваются дополнительные электроны. Однако при достаточно большом отрицательном смещении, когда приповерхностный слой сильно обогащается притянутыми дырками, между истоком и стоком образуется индуцированный (наведенный полем) канал, по которому может протекать ток. Значит, транзистары с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения. В настоящее время этот тип транзистаров имеет наибольшее распространение.

20 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МДП ТРАНЗИСТОРОВ (РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЗАРЯДОВ ПРИ НУЛЕВЫХ НАПРЯЖЕНИЯХ НА ЭЛЕКТРОДАХ). Принцип работы МОП-транзистара инверсионного типа проиллюстрирован на рисунке. Для простоты полагается, что затвор отделен от полупроводника идеальным изолятором, а влияние поверхностных ловушек не учитывается. Распределение зарядов при нулевых напряжениях на электродах показано на рисунке а. Вблизи "+-областей, созданных диффузией для образования истока и стока, имеются области пространственного заряда, возникшие за счет внутренней разности потенциалов на n-р-переходах. Поскольку в p- области электроны практически отсутствуют, сопротивление исток-сток весьма велико и соответствует сопротивлению двух встречно включенных диодов npи нулевом смещении.

21 Если к затвору приложено положительное напряжение (рис 6), вблизи поверхности происходит инверсия типа проводимости, так что в этой области концентрация электронов становится достаточно высокой и сопротивление сток-исток резко уменьшается.

22 При подаче положительного напряжения на сток (рис. в) электроны начинают двигаться от истока к стоку по инверсионному слою. За счет падения напряжения вдоль канала нормальная составляющая поля затвора и соответственно концентрация электронов уменьшаются в направлении от истока к стоку. Толщина же обедненной области под инверсионным слоем в этом направлении увеличивается вследствие возрастания разности потенциалов между подложкой и каналом.

23 Когда напряжение на стоке превысит определенную величину (рис.г), происходит перекрытие канала вблизи стока, и ток через прибор выходит на насыщение так же, как и в транзистаре с управляющим р-n переходом.

24 Со встроенным каналом n-типа С изолированным затвором обогащенного типа с p- каналом (индуцированным) С изолированным затвором обогащенного типа с n- каналом (индуцированным) С изолированным затвором обедненного типа с p- каналом (встроенным) С изолированным затвором обедненного типа с n-каналом (встроенным)

25 Полевой транзистар в качестве элемента схемы представляет собой активный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистара подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом на затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток. Схемы включения полевого транзистара показаны на рис. 6. По аналогии с ламповой электроникой, где за типовую принята схема с общим катодом, для полевых транзистаров типовой является схема с общим истоком.

26

27 Усилителями постоянного тока (УПТ) называются устройства, предназначенные для усиления медленно изменяющихся сигналов вплоть до нулевой частоты. УПТ Однотактные прямого усиления Усилители с преобразованием Дифференциальные усилители

28 потенциал эмиттера устанавливается за счет балластного сопротивления Roприменения опорного диода D

29 входной каскад УПТвыходной каскад УПТ

30 Ммодулятор. Уусилитель переменного тока, ДМдемодулятор. Rн Uн ДМ У М U2U1 Uвх

31 временные диаграммы напряжений в основных точках схемы

32 компенсированный модулятор простейший транзистарный модулятор

33 один из вариантов демодулятора фазочувствительный выпрямитель

34 принципиальная схема простейшего варианта дифференциального усилителя

35 принципиальная схема включения ДУ с несимметричным входом и симметричным выходом

36 ДУ на составных транзистарах ДУ на МДП-транзистарах ДУ с динамической нагрузкой