Электроника

читает
Паутов Валентин Иванович
Электроника
Дисциплина учебного плана

и устройств, которые используются для передачи, обработки и хранения информации
Электроника

изучении дисциплин
Физические основы электроники. - Физика. - Математика. - Основы теории

Электроника

интерактивных программ Multisim и MathLab;
-- Проводить расчёты электрических режимов элементов

Электроника

7

в электронных приборах, их устройство, характеристики и параметры;
Электроника
Уметь:
--

направления «Телекоммуникации».

Рабочая программа курса Электроника, утвержденная методическим советом
ГОУ ВПО

И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.

2. Лачин В.И., Савелов

Электроника

В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. - М.: Выс.

теории цепей
Основы схемотехники
Электропитание
устройств и систем
Курсы специальности

уменьшения изменения напряжения на нагрузке, вызванное изменениями входного напряжения и

111

Uвх +

VD

Rн

Uн

Iн

Ro

В режиме электрического пробоя обратная ветвь ВАХ

Стабилитроны используются также в качестве фиксаторов и ограничителей напряжения.

112

Специальные диоды

диоды

ток стабилизации,
Icт.max – максимальный ток стабилизации,
Рдоп – допустимая мощность рассеяния

дифференциальное сопротивление
стабилитрона в режиме стабилизации,

- ТКН стабилитрона в режиме стабилизации

ТКН =

∆Uст

Uст

1

∆t

100% [%/Град]

t

·

114

Специальные диоды

К
Односторонний
Двусторонний
КС168А

Кремниевый стабилитрон, серии 100, напряжение стабилизации равно 6,8 В, разновидности А.

Диод, включенный в прямом направлении и используемый в качестве стабилизатора напряжения, называют стабистор.

113

Специальные диоды

= Uст
VD1- стабилитрон с положительным ТКН,
VD2 – термокомпенсирующий диод с

Rо - сопротивление, ограничивающее ток стабилитрона.

Специальные диоды

полупроводниковому материалу.
назначению.
физическим свойствам.
электрическим параметрам.
конструктивно-технологическим признакам.

1-й элемент – исходный материал:
Г или 1 – германий Ge,
К или 2 – кремний Si,
А или 3 – арсенид галлия GaAs,
И или 4 – соединения индия.

129

выпрямительные универсальные приборы,
Ц – выпрямительные столбы и блоки,
С

130

возможности прибора:
1 - диоды выпрямительные Iср < 0.3 A,

131

диода
порядковый номер разработки.
выпрямительные Iср < 10 A
подкласс прибора - диод
исходный

2 C 1 5 6 A

Кремниевый, стабилитрон, малой мощности (100),
Uст = 5,6 В, разновидности А.

132

вузов.
/О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.

145

мощность электрических сигналов.
Подразделяются на биполярные и

транзисторы

биполярные

полевые

n-p-n

p-n-p

Биполярные транзисторы были разработаны в 1947 г.
Полевые – в 1952 г.

146

Транзисторы

p-n-перехода,
площади переходов,
Название электродов:
Эмиттер, База,

147

Б

-
-

-
-

(+)

─ Uбэ +

─ Uбк +

Rс

Rк

Uвых

Ес

Iэ

Iк

Iб

148

Транзисторы

свободно переходят из эмиттера в базу.
Большая часть электронов пролетает базу

Физические процессы в транзисторе

149

Транзисторы

электроны выходят из эмиттера под действием диффузионных сил, а втягиваются

150

Транзисторы

коллектор электроны компенсируются дырками источника Uбк,
рекомбинировавшие дырки базы –

Iк

α =

Iэ

- коэффициент передачи тока эмиттера.

150

Транзисторы

- дырки. Для них поле коллектора включено согласно и они

о

151

Транзисторы

Iк = α·Iэ +

Iкб

о

Коэффициент α имеет величину 0,95 ÷ 0,99,
т.е. весьма близкую к единице.
Ток Iк >>

153

Транзисторы

получения воспользуемся моделью транзистора на постоянном токе моделью Эберса-Молла.

3.3 Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ)

153

имеющего входные и выходные полюсы. В соответствии с этим рассматривают

3.3 Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ)

154

U1

U2

I1

I2

о

о

о

о

α ≤ 1
ОБ

155

Транзисторы

обратная ветвь p-n-перехода.
Наряду с этим

Коллекторная характеристика Iк = ƒ(Uкб,Iэ)

Iк = α·Iэ

α ≤ 1

Iк

Uкб

Iэ = 0

> > > 0

Пробой

Нормальный
активный режим

156

Транзисторы

пряма ветвь p-n-перехода.


Входная характеристика Iэ = ƒ(Uэб,Uкб)
Iэ
Uэб



Uкб >

Uкб = 0

t=60 C

o

o

157

используется включение транзистора по схеме общий эмиттер.
В этом

К
Б
Э

Iб

Iк

Iэ

Uкэ

─

+

Uбэ

─

+

Iб – управляющий ток,

Iк – управляемый ток.

Iэ = Iк + Iб

158

Транзисторы

= Iк + Iб.
Iк = α·Iэ +

Iкб

о

В уравнение

подставим значение тока

После преобразований получим

Iк = ·Iб +

α

1 ─ α

1 ─ α

Обозначим = В

= Iкэ

о

Iк = В·Iб +

Транзисторы

- сквозной ток транзистора

При α =

Это означает, что ток коллектора в 100 раз больше тока базы

Транзисторы

Iк = В·Iб +

В =

α =

В

В + 1

Iб = 0


Iб
″
> >
Рк.доп
Iк = В·Iб

∆Iк

∆Uк

161

включен в прямом направлении, чему соответствует пряма ветвь p-n-перехода.


Iб
Uбэ

Uкэ = 0

Uкэ > 0
20 C

t=60 C

o

o

∆Uбэ

∆Iб

Iб2

Iб1

∆Iб = (

Iб2

Iб1)

162

дифференциальное сопротивление цепи
базы,
В - статический коэффициент передачи тока

В =

В + 1

В

- дифференциальное сопротивление цепи коллектора,

- сквозной ток транзистора в схеме ОЭ,

Мощность рассеяния Рк = < Рк.доп

Uк

Iк

·

Рк.доп – допустимая мощность рассеяния коллекторной цепи.
Эта мощность выделяется в виде тепла.

163

/О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.
164

проявляться
инерционные свойства транзисторов.
Причины:
Конечная и различная

165

скачок тока Из-за указанных причин ток

Инерционные свойства транзисторов

∆Iб.

116

фронта.
Iк
Iб
∆Iб
∆Iк = В·∆Iб

∆Iк

0,9·∆Iк

0,63∆Iк

τ

tф

tз

tф -

время, в течение которого экспонента нарастает до уровня называется время фронта.

0,9·∆Iк

уровня .
0,63·∆Iк

α

τв

Частотные свойства транзисторов:
граничная частота ƒгр (ωгр) – частота, на которой коэффициент В уменьшается в √ 2 раз.
частота единичного усиления |В(jω)| = 1.

τв = 1/ωв =

1

2πƒ

ωгр ≈ Во/

τв

ω – круговая частота,

ω =

2πƒ

168

хаотическое изменение тока коллектора под действием внутренних и внешних факторов.

169

или Кш[дБ] = 10lg Кш
Uш – напряжение, которое

170

сильно зависят от изменения температуры.
- Ток

- Коэффициент В увеличивается при повышении температуры с темпом 3% на градус.

- На входной ВАХ ТКН = - 2 мВ/ºС.

Указанные факторы приводят к увеличению тока коллектора с повышением температуры.
Поэтому коллекторные ВАХ смещаются в область больших токов коллектора.

171

0
20 C
t=60 C
o
o
Iб2
Iб1
Если зафиксирован ток базы,

Iк.доп

Uкэ.доп

Н

о

на основе GaAs рабочая температура может достигать 200 ºС.
По току

3.8 Предельные режимы работы транзистора

173

элемент:
Г или 1 – германий,
К или 2 – кремний или

3.9 Классификация и система обозначений

174

обозначений
граничная частота мГц
до 3 до 30

Мощность Вт

101-199 201-299 301-399

401-499 501-599 601-699

701-799 801-899 901-999

1 2 4

7 8 9

Малая < 0.3

Средняя < 1.5

Большая > 1.5

До 1 Вт

Больше 1 Вт

175

Дополнительные знаки:
С – сборки транзисторов в одном корпусе,
Цифра

176

Т 3 01 А
Классификация и система обозначений
Кремниевый
Транзистор
Разновидность в серии

Мощность < 0,3 Вт
высокочастотный

КТ3102А - граничная частота до 300 мГц.

КТ937А-2 – кремниевый, биполярный,
большой мощности, высокочастотный, номер разработки 37, группа А, бескорпусной,
с гибкими выводами на кристаллодержателе.

177

окружность не рисовать.
Изображение транзистора можно поворачивать на

178

Коллектор соединен с корпусом

Т-образную эквивалентную схему,
формальную модель
в h-параметрах,
в Z-параметрах,
в R-параметрах.
181

анализа и синтеза электро- и радиотехнических схем
Рассматриваемые далее эквивалентные

182

эмиттер.
физическая Т-образная эквивалентная схема
Uкэ
─

К
Б

Э
Iб
Iк
Iэ
+
Uбэ
─
+
º
Установим в центре базы теоретическую

183

эмиттер.
Uкэ
─

К
Б

Э
Iб
Iк
Iэ
+
Uбэ
─
+
º
Между точкой и выводом эмиттера имеется p-n-переход, характеризующийся дифференциальным сопротивлением

184

+
Ток коллектора

rк

Uкэ

*

+

В·Iб

rб

rэ

Iэ

Iк

Iб

Uкэ

Uбэ

К

Б

Э

185

и для переменного тока, приняв допущения:
амплитуда переменной составляющей тока

∆Iк << Iк

, ∆Uк << Uк

дифференциальное сопротивление коллекторного перехода при включении транзистора по схеме ОЭ.

Iб

Uбэ

Uкэ > 0

Iб2

Iб1

∆Iб=(Iб2-Iб1)

∆Uбэ=(Uбэ2-Uбэ1)

Uбэ2

в прямом направлении.
rэ
φт – температурный потенциал p-n-перехода.
При температуре 20 ºС

φт

Если задан ток эмиттера Iэ = 1 мА, то

rэ = 25 Ом.

188

говорит о том, что в общем виде схема является частотнозависимой.
и
являются

Ток В·Iб >> , поэтому во многих случаях обратный ток можно не учитывать.

Iкэ

о

189

обычная электротехническая цепь, состоящая из пассивных и активных элементов.
К ней

190

об эквивалентном генераторе. Тогда схема станет чисто напряженческой.
Недостаток модели состоит

191

rк
Uкб
+
Ток эмиттера

α·Iэ

rк

rб

rэ

Iэ

Iк

Iб

Uкб

Uэб

К

Б

Э

192

Формальная модель
Недостаток физической схемы состоит в том, что r-параметры

Модель применима при условии
- транзистор работает в линейном режиме,
- изменения токов и напряжений малы по амплитуде,
- нелинейные ВАХ можно заменить линейными.

194

какие величины взять за независимые переменные , а какие за

о

о

о

о

195

(I1,U2)
Наибольшее распространение получила система в h-параметрах (комбинированная система).

ƒ – некоторая функция.

196

Полный дифференциал можем заменить частным дифференциалом. От частного дифференциала по

197

[Сим]
Коэффициент внутренней обратной связи, безразмерный.
Коэффициент передачи по току
Выходная проводимость (Сименс),
выходное

198

Запишем систему уравнений четырехполюсника
U1 =
h11·I1 +
h12·U2
I2 =
h21·I1

На основании системы уравнений составим электрическую схему четырехполюсника.

U1

I1

~

h11

h12·U2

h21·I1

h22 U2

I2

199

Поэтому во многих случаях анализа схемы напряжением генератора можно пренебречь.

Uвх

Iвх

h11

h21·I1

h22 Uвых

Iвых

Сменим индексы токов и напряжений

200

=
Uвх
Iвх
= h11

Uвх = Uбэ
Iвх = Iб
Uвх
Iвх

h11


rб
rэ
Iвх = Iб
Rвх =
rб

(В+1)·rэ

h11 =

rб +

(В+1)·rэ

По сопротивлению rэ течет ток эмиттера и базы.
Ток эмиттера в (В+1) раз больше тока базы.

Iэ

201

схемы включения

ОЭ
h21 = В,
э
где В –

h21 = α,

б

где α – статический коэффициент передачи тока эмиттера.

h22 =

э

1

rк

*

202

в том, что их можно получить экспериментально:
прямым измерением,
с

Iб

Uбэ

UКЭ = 5В

203

Iб2

Iб1

Uкэ = 0В

∆Iб =

Iб2

- Iб1

∆Uбэ

∆Uбэ

′

•

∆Uкэ = 5В – 0В= 5В

= 0

∆IК =
∆Iб =
∆Iк
Iб
″
–
′
IК
”
*
*
*
*
Uкэ = 5B
Uкэ =

∆Uкэ = 10B – 5B

∆Iб
∆Iк
∆Uбэ
∆Uкэ
h11 =
∆Uбэ
∆Iб
h12 =
∆Uбэ
′
∆Uкэ
∆Uкэ = [Uк = 5В] – [Uк =

′

′

Входная характеристика

Выходная характеристика

h21 = = В

∆Iк

∆Iб

h22 = =

∆Iк

′

∆Uкэ

1

rк

*

точки, в которой они определяются.
Изменение температуры также влияет

h- параметры

206

вузов.
/О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.

205

мощность электрических сигналов.
Особенность работы транзисторов состоит в

206

канал
n-канальный
n-канальный
р-канальный
МДП - металл, диэлектрик, полупроводник
207

В зависимости от того, как изолирован управляющий электрод от управляемого

Если в качестве изолятора используется SiO2 – двуокись кремния – то транзистор называют
МОП-структурой
(металл-окисел-полупроводник).

208

В зависимости от конструктивного исполнения проводящего канала различают транзисторы:
встроенный

В зависимости от того, какие носители являются переносчиками тока, различают:

Встроенный канал организуется при технологическом изготовлении транзистора.

Индуцированный канал образуется во время работы транзистора.

209

p-n-переходом
ПТ представляет собой пластину слаболегированного полупроводника n-типа, на

Сток (С)

Исток (И)

Затвор (З)

р

n-

+

р-n-

Канал

+ Uси

Uзи –

+

–

Ic

210

который в канал втекают носители тока называется исток (и).

Электрод, через который носители тока вытекают из канала – сток.

Электрод, называемый затвором, предназначен для регулирования поперечного сечения канала .

Концентрация носителей n-типа в канале много меньше концентрации дырок в области затвора.

Поэтому область p-n-перехода, обедненная носителями, будет располагаться в основном, в канале.

211

Управляющий p-n-переход включен в обратном направлении и имеет

Принцип действия такого транзистора заключается в том, что при изменении напряжения на затворе изменяется толщина обедненного слоя, а следовательно,
изменяется сечение канала, проводимость канала и ток стока.
Т.е. изменением напряжения на затворе можно управлять током стока.

212

канал полностью перекроется обедненной областью
p-n-перехода и ток стока уменьшится

213

небольших напряжениях
сток-исток Uси канал ведет себя как линейное сопротивление.

Начиная с напряжения Uси = Uзи.отс в транзисторе будет наблюдаться режим насыщения. Этот эффект называют эффектом модуляции длины канала.

214

являются:
выходная или стоковая Ic = ƒ(Uси, Uзи),
передаточная или

215

Ic мА


4
2
Ic.нач
- 2,0 - 1,0
Uси

Uси = 5В

∆Uзи

∆Ic

∆Uси

Эта характеристика хорошо описывается выражением

Ic =

Ic.нач (1 -

Uзи

Uзи.отс

)

2

•

217

являются нелинейными.
Однако при небольших значениях переменных составляющих напряжений и

Параметры, характеризующие свойство транзистора
усиливать напряжение
крутизна S =

дифференциальное сопротивление сток-исток

∆Ic

∆Uзи

Uси = const

rси =

∆Uси

∆Ic

Uзи = const

- коэффициент усиления по напряжению

μ =

∆Uси

∆Uзи

Iс = const

[Ом ]

мА

В

[ ]

218

Параметры транзистора можно определить экспериментально, как показано на

219

общим истоком,
общим стоком,
общим затвором.
Наибольшее применение находит схема

В рабочем режиме в цепи затвора протекает ток обратносмещенного p-n-перехода, составляющий единицы наноампер.

Полевой транзистор имеет высокое входное сопротивление, что является одним из основных его достоинств.

220

типа затвор отделен от полупроводника (канала) слоем диэлектрика. Если используется

МДП транзисторы делятся на два типа: - со встроенным каналом (обедненного типа), - с индуцированным каналом (обогащенного типа).

Канал может быть n-типа или р-типа.

221

сопротивление, поскольку управляющий затвор отделен от остальной структуры слоем изолятора.
222

+ Uси
- Uзи
Транзистор может работать в двух

Ic

226

напряжение по отношению к истоку.
Под действием электрического

Режим обогащения.
На затвор подается положительное напряжение по отношению к истоку.
Под действием электрического поля электроны втягиваются в подзатворную область, канал обогащается носителями и ток стока увеличивается.

227

+ - Uси
- Uзи
Ic
Транзистор может

228

затвор подается отрицательное напряжение по отношению к истоку.

До некоторого напряжения Uпор канал отсутствует и транзистор закрыт.

229

получили транзисторы с управляющим
p-n-переходом. Металлический затвор с полупроводником

230

используются в мощных быстродействующих устройствах
231

индуцированным каналом. Предназначены для создания быстродействующей программируемой запоминающей ячейки флэш-памяти.

233

Нитрид кремния Si3N4
234

на затвор подается импульс напряжения. В результате происходит пробой тонкого

235

затвора (также в результате туннелирования) в область истока.
Транзистор

236

модели:
Физическая эквивалентная схема,
Схема в Y- параметрах.

Сзи

Сзс

С

З

И

rс

rи

S·Uзи

S – крутизна,

rс - сопротивление участка канала от стока до средины,

rи – сопротивление участка канала от средины до истока.

Сзс – распределенные емкости затвор-канал.

237

схема


S·Uзи
rк
iз = 0
Uзи
~
iс
Uси
~
iс = -
~
S·Uзи
~
С
и
238

+ Y12·Uси
ic = Y21·Uзи + Y22·Ucи
Uзи
Uси
С
и


Y12·Ucи
Y11
Y- параметры можно получить

З

классификации биполярных транзисторов.
Второй элемент – класс прибора –

КП303Б – кремниевый, полевой транзистор, малой
мощности (до 0,3Вт), с граничной частотой до 30 мГц,
номер разработки 03, разновидность в сери – Б.

Транзистор со встроенным каналом
n-канальный
П
р-канальный
П
Транзистор

n-канальный

П

З

З

И

Подложку П технологически
соединяют с истоком.
Иногда подложку выводят отдельным выводом.

p-n-переходами
В зависимости от числа выводов тиристоры делят

244

одном из двух возможных состояний. В одном их них тиристор

245

Управляющие

электроды












УЭ2

Анод

R

н

n
1

n

p

1

p

2

p-n

-

переходы

Iа

– +

246

внешнему n-слою - катодом. Внутренние области р- и n-типа называют

247

представим его в виде двух биполярных транзисторов

VT1
VT2
Анод
Катод
Iк
I

б1
=

I

к2

I

к1

=

I

б2

α2

П3

p

p

p

n

n

n

VT1

VT2

Анод +

Катод -

П1

П2

П2

Iа

α1

248

зависимость коэффициента передачи по току α от тока эмиттера,

188

П1 и П3 будут смещены в прямом направлении, а центральный

Через переход П1 будет протекать ток инжекции дырок и электронов I1 = I1p + I1n, через переход П3 ток I3 = I3p + I3n.

5.3 Динистор

250

и электронной составляющими.

Общий ток I2 = I1·α1 + I3·α2 +Iко.

251

I =

Iко

1 – (α1 + α2)

Обратный ток коллектора описывается
экспоненциальной зависимостью.

252

будут определяться обратным током коллектора.
При этом (α1 + α2)

При увеличении напряжения на аноде и достижения им напряжения пробоя начинается процесс лавинного пробоя и умножения носителей n- и р-типа вследствие ударной ионизации.

токи эмиттеров, увеличивается ток коллектора, при этом увеличиваются коэффициенты α,

Это означает, что коллекторный переход открылся, его сопротивление уменьшилось, уменьшилось напряжение на динисторе до
0,5 – 1,0 В.

перенапряжения.
При превышении напряжением + ЕП напряжения Uвкл

RH

+EП

FU

Д

*

*

А

из баз эквивалентного транзистора.
Электрод называется управляющим.

р1
n1
p2
n2

RН

A

K

Uу

УЭ

Iу

+ Еа

I =

Iко

1 – (α1 + Iу·α2)

Если Iу = 0, то тиристор работает как динистор.

При Iу > 0, тиристор включается при меньшем напряжении на аноде.

0




Iу = 0
Iу > 0
Iу > 0

′

′′

I у >

′′

I у

′

Uоткл

Iвкл

Uобр

Ра.доп

Iа.доп

Параметры:

- Uвкл,

- Iвкл

- Uоткл

- Uобр

- Iа.доп

- Ра.доп

- tвкл

- tвыкл

Uвкл| при IУ > 0

нельзя.
Для выключения тиристора необходимо уменьшить напряжение на аноде

На обратной ветви указанного эффекта не наблюдается.

используются симметричные тиристоры – симисторы, триаки. Каждый симистор подобен паре

194

К
К
УЭ
УЭ

буквенно-цифровой код
Первый элемент – исходный материал.
Второй

263

основные функциональные возможности прибора и номер разработки
От 101 до 199

264

Тиристор

А

А

А

К

К

К

УЭ

УЭ

КН102Б – кремниевый, неуправляемый, малой мощности, 02 разработки, разновидности Б.
КУ201К - кремниевый, управляемый, средней мощности, 01 разработки, разновидности К.

- управляемые выпрямители,
- конверторы,
- в устройствах управления электроприводом.

266

ряде случаев требуется не только преобразование переменного напряжения в постоянное,

U1
Переменное напряжение
U2
Т




Д1
Д2
Rн
CУ
Uу
iн
СУ – схема управления.
U1

U1 импульсы управления, фаза которых относительно напряжения U2 может регулироваться.

точке трансформатора,
Поэтому если на аноде Д1 действует положительная полуволна напряжения

момента включения тиристора. Угол сдвига фазы между напряжением

по кривой синусоиды, изменяется среднее значение выпрямленного напряжения.
От

Учебник для вузов.
/О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая

276

источника питания к нагрузке, при котором путем затраты небольшого ее

6.1 Общие положения

277

напряжение или ток, определенным образом изменяющиеся во времени
Простейший сигнал: U(t)

278

микрофон,
Нагрузка усилителя – например, электродинамический преобразователь,
Источник питания – батарея, аккумулятор,
Помехи

279

быть непрерывным,
линейным,
однозначным.
o
o
o
o

Uвых/Uвх,
- по току КI = Iвых/Iвх,
- по мощности

281

Rвх = Uвх/Iвх,

282

от амплитуды входного напряжения (тока).

= Pвых / Pвх

K(jω) = Кu(ω)·e

Uвых
Графическое представление амплитудной характеристики
Uвых

jφ(ω)

284

Усилительный каскад – электронное устройство, предназначенное для усиления мощности электрических

тремя способами:
С
И
З


З
С
Б
Б
К
К
Э
ОК
ОБ
ОЭ
ОИ
ОЗ
ОС
«общий» электрод является общим для входной цепи

вход усилителя сигнал необходимо обеспечить начальный режим работы транзистора.
Начальное

Начальный режим работы характеризуется постоянными
токами электродов транзистора и напряжениями между этими электродами.

Начальные напряжения и токи транзистора задаются с помощью дополнительных элементов – резисторов.

211

ток базы,
фиксированное напряжение базы.

Uбэ
Режим работы транзистора

Rб

Iб

Rк

Iк

Uкэ

+ Ек

212

Ек,

Rб,

Условимся:
потенциал общей точки схем равен нулю, все напряжения отсчитываем от нулевого потенциала, далее источник -Ек не показываем, токи текут от положительного потенциала к отрицательному,

схема
с Фиксированным напряжением базы.
Iд =
Ек
(Rб1 +

Uбэ



Rб1
Iб
Rк
Iк
Uкэ
Rб2
Iд
+ Ек
Резисторы
представляют

Rб1,

Rб2

Выберем такие сопротивления.
чтобы ток Iд >> Iб.

Rб2)

Uбэ =

Iд

·Rб2 = Ек

Rб2

(Rб1 +

Напряжение на базе зафиксировано делителем напряжения.

Rб2)

Ек
На основании закона Кирхгофа для коллекторной цепи
Ек = Iк·Rк +

Это линейное уравнение прямой
(в отрезках) в координатах
ток-напряжение.
Прямая строится по двум
точкам:
примем Iк = 0,
при этом Uкэ = Ек,
примем Uкэ = 0,
при этом Iк = Ек/Rк.

Iк·Rк

291

Ек
Ек = Iк·Rк + Uкэ
примем Ri = 0,
при этом

Iк·Rк

- Ек

= 0, Uкэ = Ек, - при Uкэ

Iк

Uкэ

Iб = 0

•

Ек

Iк·Rк

Iб

Iб =

″

о

Ек/Rк

рт

α

α = arc tg (- 1/Rк).

Н

293

токами и напряжениями Iк, Uкэ, Iб, Uбэ.
Построенную

Выделим точку пересечения нагрузочной прямой с
одной из ВАХ транзистора и назовем ее рабочая точка РТ.
Спроецируем РТ на оси тока и напряжения.
Получим ток коллектора и напряжение на нем.
Для обозначения начального режима введем символ ‘ ‘.

о

о

о

о

о

внешних факторов на положение нагрузочной прямой, рабочей точки и начальный

Взаимодействие активного элемента – транзистора и нагрузочной прямой обеспечивает усиление сигнала.

Предельное значение
Rк = 0, α = 90 .

базы приводит к изменению тока коллектора.
Эти токи

=
″
о
Ек/Rк
рт

α
Н
RК = 0
RK → ∞

PК доп
IК доп

транзистора используется режим, при котором Rк = 0, называемый статическим.
о

лампах. Вверху виден усилитель в интегральном исполнении, выполняющий функции,

о

Под действием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов положение РТ может

Дестабилизирующие факторы:
- основное влияние – изменение температуры,
- дрейф параметров элементов схемы,
- Изменение напряжения источника питания Ек.

параметры изменяются таким образом, что приводят к увеличению тока коллектора.

Используется несколько схем стабилизации:
- эмиттерная стабилизация (обратная связь по току),
- коллекторная стабилизация (обратная связь по напряжению,
- термокомпенсация.

также увеличивается на величину В.
о
Iб

РТ
Uбэ
Uбэ > 0,

Iб

t = 60C0

Iб

о

≈
+ Ек


Uбэ
Iэ
Uэ = Rэ·Iк
Uбэ = Uб - Uэ
Iэ
Uб
о
Iк

транзистора и уменьшению тока коллектора. Полной компенсации влияния температуры

Качество стабилизации оценивается коэффициентом температурной нестабильности Sт.

Sт =

В – статический коэффициент передачи тока базы.

Uбэ = Uб - Uэ

В

1 + γ·В

γ = Rэ//Rб =

Rб·Rэ

Rб + Rэ

Rб = Rб1//Rб2

Rб,
= α,
где α ≈ (0,9 – 0,99).
γ = 0,
γ

Sт =

В

1 + В

Sт =

В.

Таким образом, коэффициент может изменяться в пределах Sт ≈ (1 ÷ 100).

÷ 5).
Такое значение коэффициента задают в случае ,

о

эмиттерная стабилизация положения РТ

307

положения РТ
- Rб1 = 80К,
Rб2 = 5К,
Rэ

Rб = Rб1//Rб2 = 4,7К

γ = Rэ//Rб ≈ 0,1К

SТ =

В

1 + γ·В

50

1 + 0,1·50

50

6

= 8,3

Такой коэффициент задают, если температура изменяется в диапазоне 50 С.

о

308

Rб.
Iб = Uкэ/Rб
Если по каким-либо причинам
ток Iк увеличивается, то
напряжение

При этом уменьшается ток базы и транзистор закрывается, препятствуя увеличению тока коллектора.

коллекторная стабилизация положения РТ
(стабилизация обратной связью по напряжению)

Rб

Iб

Rк

Iк

Uкэ

+ Ек

309

терморезистор.
t
о
t
Его температурная характеристика
Термокомпенсация положения РТ
(стабилизация с помощью термозависимых элементов)

Rб1

Rк

Iк

R

+ Ек

Iэ

t0С

R

t

20 C

о

Uб

R

РТ

t

С повышением температуры сопротивление терморезистора уменьшается, уменьшается падение напряжения на нем, т.е. напряжение на базе.

Он имеет отрицательный ТКН.
Для

о

Термостабилизация

I

Uпр

пр

0

70

20

C

о

∆Uпр

ТКН = - ∆Uпр/∆Т [мВ/град]

сопротивление
Rф – коллекторную.
Методы стабилизации положения РТ

Rб1

Rк

Rб2

+ Ек

Rэ

Rф

313

ко входу усилителя источник сигнала Ес = Um·sinωt.
На базе

= Um·sinωt.
На переходе база-эмиттер действует два напряжения:


Rб
С1
EC
+UбЭ
+UбЭ
+UбЭ
UбЭ
t
EC
EC

h11

iC
IБ

и переменный ток, обусловленный напряжением источника сигнала.

Iб

Uбэ

Uкэ = 5В

РТ

o

Iб2

Iб1

Iб

Uбэ

iб(t)

t

m

m

•

•

317

Под действием переменного тока базы начнет изменяться ток коллектора.

iк = В·iб

iк

iб ≈ iвх

318

Rб1//Rб2 >> h11

транзистора Iк и переменная составляющая
о
Ток переменной составляющей

Коллекторная цепь транзистора

iк.

319

и переменная составляющая .

+UКЭ

UКЭ

t

UKm

ЕК

UKm

+UКЭ

о

Максимальное значение напряжения UКm может быть UKm < EK/2.

•
″
рт

Iб2
iб(t)
iк(t)
Uк(t)
t
•
•
m
m
321

рабочей точки ограничены характеристиками тока базы Iб = 0 (точка

максимальная амплитуда переменного напряжения ограничена также этими точками и равна UKm < Eк/2.

точка приводит к увеличению тока базы, что ведет

о

m

m

10 мВ, амплитудное значение напряжения на коллекторе равно 10 В.

Iк

Iб1

•

В

10

•

Iб2

20

1

•

•

РТ

Iб

Uбэ

Uкэ > 0

620

630

640

•

•

•

мВ

Uкэ

t

t

Кu = Uк/ Eс = 10В/0,01В = 1000

переменному току
Направления токов показаны условно.
Усилительный каскад
Нагрузка каскада
Ес
iб
~

С1



Rб1
Rк
Rб2
+ Ек



iвх
iк

С2

Сэ

iн

Rэ

каскада.
Часть переменной составляющей тока коллектора ответвляется в

Емкость С1 необходима для отделения источника Ес от постоянного напряжения на базе транзистора. Емкость пропускает только переменный ток.

Усилительный каскад. Назначение элементов

326

транзистора нагрузки не попало постоянное напряжение Uк Uк >>

о

о

Усилительный каскад. Назначение элементов

Емкость Сэ необходима для устранения обратной связи для переменного тока эмиттера. Емкостное сопротивление Х = .

Сэ

1

2πƒ·Сэ

327

точки. Емкость выбирается такой, чтобы выполнялось условие
Переменная составляющая тока эмиттера

328

Rэ

Сэ

iэ

Iэ

Х << Rэ.

Сэ

iэ

iб

задач: - определение режима по постоянному току, исходя из заданных условий

Параметры каскада: КU, Кi, КP, RВХ, RВЫХ.

6.6 Параметры усилительного каскада

331

Rн.
6.6.1 Каскад ОЭ
Ес
iб
~

С1



Rб1
Rк
Rб2
Ек



iвх
iк

С2



Сэ
iн
Rэ

Rн
Uвых = Uн
Uвх

составляющую тока коллектора, поэтому генератор IКЭ далее учитывать не

о

Каскад ОЭ

В·Iб

rб

rэ

Iэ

IК

Iб

UКЭ

Uбэ

К

Б

Э

333

О

параметрами схемы.
Каскад ОЭ
334
Rк
Rн
Uвых
Ск

параметрами схемы. Для этого введем ограничения: - транзистор заменим

Каскад ОЭ

335

очень мало, поэтому его можно не учитывать (закоротить).
Каскад ОЭ


1000 Ом
10

1 мА

1 В

0,01 В

емкостные сопротивления оказались много меньше остальных сопротивлений схемы. Поэтому емкости можно

о

Параметры каскада ОЭ

ХС =

1

2·π·ƒ С

Uн =

iвх =iб

iвых =iк

ХС1

h11

ХС2

ХС1 << h11

ХС1 = 1/(2πƒC) = 1/(2·π·2кГц·10,0 мкФ) ≈ 8 Ом. h11 ≈ (500 ÷ 1000) Ом

ХС2 << RН

RЭ
Выберем такую емкость, чтобы хорошо выполнялось условие для переменного тока

Сэ

RЭ

iб

iк

заменим их одним Rб и Rкн
340







Б

B·iб

Rc

Uвх

rк”

rэ

К

Э

Ес

RК RН UН = Uвых

iвх =iб

iвых =iк

Rк·Rн

Rб

Rкн = Rк//Rн =

Rк + Rн

Rб = Rб1//Rб2

и rк >> Rкн.
*
*
Кi = iвых /iвх =

Кu = Uвых/Uвх = (Rкн iк)/(Rвхiб) = В

Rкн

Rвх

Rвх = Uвх/iвх = rб + (В + 1)·rэ = h11э

Rвых = Uвых.хх /Iвых.кз.

Uвых.хх -- при Rн

∞.

Iвых.кз. -- при Rн = 0.

Uвых.хх = В·iб·Rк, Iвых.кз.= В·iб.

Rвых ≈ Rк

Кp = Рвых/Рвх =КI ·Кu = В·В·

Rкн

h11э

·

341