Разделы презентаций


Электроника УрТИСИ

Содержание

Электроника

Слайды и текст этой презентации

Слайд 1


Слайд 3Электроника

Электроника

Слайд 4ГОУ ВПО «СибГУТИ» УрТИСИ
Кафедра
общепрофессиональных дисциплин
Направление подготовки
210300 – «Радиотехника»
210400 – «Телекоммуникации»

Екатеринбург

2010

ГОУ ВПО «СибГУТИ» УрТИСИКафедра общепрофессиональных дисциплинНаправление подготовки210300 – «Радиотехника»210400 – «Телекоммуникации»Екатеринбург 2010

Слайд 6Курс подготовил
Паутов Валентин Иванович
Доцент, кандидат технических наук,
доцент кафедры
общепрофессиональных дисциплин.
Лекции

читает
Паутов Валентин Иванович
Электроника
Дисциплина учебного плана

Курс подготовилПаутов Валентин ИвановичДоцент, кандидат технических наук, доцент кафедрыобщепрофессиональных дисциплин.Лекции читаетПаутов Валентин ИвановичЭлектроника Дисциплина учебного плана

Слайд 7Область науки и техники, занимающаяся разработкой, созданием электронных приборов и

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

Область науки и техники, занимающаяся разработкой, созданием электронных приборов и устройств, которые используются для передачи, обработки и

Слайд 8Лекция 1
Введение

Курс базируется на физико-математической подготовке, получаемой при изучении дисциплин

Физические основы электроники. - Физика. - Математика. - Основы теории цепей. Естественным

продолжением курса Электроника является курс Основы схемотехники.

Электроника

Лекция 1ВведениеКурс базируется на физико-математической подготовке, получаемой при изучении дисциплин Физические основы электроники.  - Физика. -

Слайд 9Цель обучения
Научить:
− Осуществлять синтез электронных устройств с применением современных

интерактивных программ Multisim и MathLab;
− Проводить расчёты электрических режимов

элементов электронных схем;
− Формулировать технические требования к разработке электронных устройств.

Электроника

7

Цель обучения Научить:− Осуществлять синтез электронных устройств с применением современных интерактивных программ Multisim и MathLab;−  Проводить

Слайд 10В результате изучения дисциплины студенты должны:
Знать:
− физические процессы, протекающие

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

применять полупроводниковые приборы в аппаратуре связи, радиовещания и телевидения;
Владеть:
− навыками экспериментального исследования характеристик и измерения параметров приборов.
В результате изучения дисциплины студенты должны: Знать:− физические процессы, протекающие в электронных приборах, их устройство, характеристики и

Слайд 11Электроника
Методическое обеспечение курса
Государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования для

направления «Телекоммуникации».

Рабочая программа курса Электроника, утвержденная методическим советом
ГОУ ВПО

«СибГУТИ» УрТИСИ 2010 г.
Электроника Методическое обеспечение курсаГосударственный образовательный стандарт высшего профессионального образования для направления «Телекоммуникации».Рабочая программа курса Электроника, утвержденная методическим

Слайд 12 Литература

Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов. /О.В.

Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.
2. Лачин В.И., Савелов

Н.С. Электроника: Учеб. пособие. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000 г.
3. Тырышкин И.С. Физические основы полупроводниковой электроники. М.: Высшая шк. 2000.

ЛитератураМиловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов.   /О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.2.

Слайд 134. Бобриков Л.З. Электроника. – СПб.: Питер, 2004.
5. Гусев В.Г.,

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

2005.
6. Беспалов В.В., Логинов В.В. Физические основы электроники: Конспект лекций. Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ»2006.
7. Матвиенко В.А. Характеристики и параметры полупроводниковых приборов. Лабораторный практикум. Учеб.пособие. Екатеринбург: УрТИСИ ГОУ ВПО «СибГУТИ»2006.
4. Бобриков Л.З. Электроника. – СПб.: Питер, 2004.5. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника и микропроцессорная техника. -

Слайд 14Виды учебной работы

Курс завершается экзаменом.

Виды учебной работы        Курс завершается экзаменом.

Слайд 15Виды учебной работы для групп ВЕ-

Курс завершается экзаменом.

Виды учебной работы для групп ВЕ-        Курс завершается экзаменом.

Слайд 16Виды учебной работы

Виды учебной работы

Слайд 17Виды учебной работы

Виды учебной работы

Слайд 18Виды учебной работы для групп ВЕ-

Виды учебной работы для групп ВЕ-

Слайд 19Виды учебной работы для групп ВЕ-

Виды учебной работы для групп ВЕ-

Слайд 20Место дисциплины Электроника в учебном плане
17
Физические основы электроники
Физика
Химия радиоматериалов


Основы

теории цепей
Основы схемотехники
Электропитание
устройств и систем
Курсы специальности
Электроника

Место дисциплины Электроника в учебном плане17Физические основы электроники Физика Химия радиоматериаловОсновы теории цепейОсновы схемотехникиЭлектропитаниеустройств и системКурсы специальностиЭлектроника

Слайд 211 Основные сведения о проводимости полупроводников

Физические принципы работы полупроводниковых приборов основаны на явлениях электропроводности в

твёрдых телах.

По способности проводить электрический ток все вещества делятся на три класса:

Проводники
Диэлектрики
Полупроводники

Тема 1.
Физические основы электроники

18

1 Основные сведения о проводимости полупроводников     Физические принципы работы полупроводниковых приборов основаны на

Слайд 22В проводниках валентная и свободная зоны перекрываются, поэтому электроны свободно

переходят из зоны в зону и становятся свободными носителями электрического

тока.

Проводники

19


Диэлектрик

В проводниках валентная и свободная зоны перекрываются, поэтому электроны свободно переходят из зоны в зону и становятся

Слайд 23 Диэлектрики
В диэлектриках валентная и свободная зоны разделены запрещенной зоной

значительной ширины, поэтому электроны не могут переходить из

зоны в зону. Свободные носители электрического тока в диэлектриках отсутствуют.

20

εз



Валентная зона

Свободная зона

ДиэлектрикиВ диэлектриках валентная и свободная зоны разделены запрещенной зоной   значительной ширины, поэтому электроны не

Слайд 2420

Валентная зона
Свободная зона
К полупроводникам обычно относят

вещества, удельная электропроводность которых при температуре 20ºС составляет
Полупроводники

Валентная зона
Свободная зона
εз

20Валентная  зонаСвободная  зона    К полупроводникам обычно относят вещества, удельная электропроводность которых при

Слайд 25
По ширине запрещенной зоны полупроводники занимают

промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.
Полупроводники
22
Для полупроводниковых материалов, которые наиболее

часто используются в электронике, ширина запрещенной зоны составляет:
для германия – 0,7эВ,
для кремния – 1,1эВ,
для арсенида галлия – 1,4 эВ.

Для сравнения εз для диэлектриков составляет до 5 эВ.

По ширине запрещенной зоны полупроводники занимают промежуточное значение между проводниками и диэлектриками.Полупроводники22Для полупроводниковых

Слайд 26
Характерными особенностями полупроводниковых материалов являются резко выраженная

зависимость электропроводности от:
Изменения температуры;
Количества и природы введённых примесей;

Наличия электрического поля;
Светового воздействия;
Ионизирующего излучения и др.

23

Характерными особенностями полупроводниковых материалов являются резко выраженная зависимость электропроводности от: Изменения температуры; Количества и

Слайд 271.2 Электропроводность полупроводников
1.2.1 Собственная электропроводность








24


Валентная зона
Свободная зона
εз
Электропроводность вещества и полупроводника

в т.ч. возможна в том случае, если электрон в валентной

зоне получит дополнительную энергию, достаточную для преодоления запрещенной зоны и попадает в свободную зону.
1.2 Электропроводность полупроводников1.2.1 Собственная электропроводность24Валентная  зонаСвободная  зонаεзЭлектропроводность вещества и полупроводника в т.ч. возможна в том

Слайд 28Собственная электропроводность
Электроны, находящиеся в свободной зоне, обладают довольно

большой энергией и могут её изменять под действием электрического поля,

перемещаясь в объёме полупроводника.
Этими электронами и определяется электропроводность полупроводника.

25

Собственная электропроводность  Электроны, находящиеся в свободной зоне, обладают довольно большой энергией и могут её изменять под

Слайд 29 Энергетические уровни валентной зоны обычно заполнены электронами

внешней оболочки атомов – внешних устойчивых орбит (валентными электронами).

При наличии свободных уровней в валентной зоне электроны могут изменять свою энергию под воздействием электрического поля.
Если же все уровни зоны заполнены, то валентные электроны не могут принять участие в проявлении электропроводности полупроводника.

26

Энергетические уровни валентной зоны обычно заполнены электронами внешней оболочки атомов – внешних устойчивых орбит

Слайд 30Плоская модель кристаллической решётки

Связь атомов в кремнии устанавливается

вследствие наличия специфических обменных сил, возникающих при парном объединении валентных

электронов.

27

Плоская модель кристаллической решётки  Связь атомов в кремнии устанавливается вследствие наличия специфических обменных сил, возникающих при

Слайд 31
Таким образом получается, что любой атом кремния связан

с каждым соседним атомом общей орбитой, причём на этой орбите

два электрона. Такая связь атомов называется ковалентной связью.


Поскольку атом кремния имеет четыре валентных электрона, то он использует эти электроны для
связи с четырьмя соседними атомами, которые, в свою очередь, также выделяют по одному валентному электрону для связи с каждым из своих четырёх соседних атомов.

28

Таким образом получается, что любой атом кремния связан с каждым соседним атомом общей орбитой, причём

Слайд 32Валентный электрон, находящийся в такой связи, по энергии расположен в

валентной зоне.
Электроны во всех связях будут присутствовать

только при температуре абсолютного нуля.
Полупроводник при такой температуре является изолятором.

29

Валентный электрон, находящийся в такой связи, по энергии расположен в валентной зоне.   Электроны во всех

Слайд 33 По мере повышения температуры полупроводника некоторые валентные

электроны получают дополнительную энергию достаточную для перехода в зону проводимости.
Такой

переход соответствует выходу электрона из связи.

30

По мере повышения температуры полупроводника некоторые валентные электроны получают дополнительную энергию достаточную для перехода

Слайд 3431
Вакантный энергетический уровень


+
-
Свободная зона
+
Появление электрона в свободной зоне и наведенного

вакантного места в валентной зоне на энергетической диаграмме представлено в

виде кружков с соответствующими знаками заряда.
31Вакантный энергетический уровень+-Свободная  зона+Появление электрона в свободной зоне и наведенного вакантного места в валентной зоне на

Слайд 35 Появление свободных уровней в валентной зоне позволяет

для валентных электронов изменять свою энергию, а следовательно, участвовать в

процессе протекания тока через полупроводник.
С повышением температуры возникает все большее число свободных электронов в зоне проводимости и вакантных уровней в валентной зоне.

32

Появление свободных уровней в валентной зоне позволяет для валентных электронов изменять свою энергию, а

Слайд 36 Вакантный энергетический уровень в валентной зоне и

соответственно свободную валентную связь называют дыркой, которая является подвижным носителем

положительного заряда, равного по абсолютной величине заряду электрона. Перемещение дырки соответствует встречному перемещению валентного электрона (из связи в связь).
Движение дырки – это поочерёдная ионизация валентных связей.

33

Вакантный энергетический уровень в валентной зоне и соответственно свободную валентную связь называют дыркой,

Слайд 37 Процесс образования свободного электрона и дырки принято называть

генерацией.

Основным источником дополнительной энергии для электрона является температура.

Могут быть и другие источники –
световое и ионизирующее излучения.

34

Процесс образования свободного электрона и дырки принято называть генерацией. Основным источником дополнительной энергии для электрона

Слайд 38 Таким образом, за счёт термогенерации в полупроводнике образуется

два типа подвижных носителей заряда: свободные электроны n-
и дырки

p-, причём их количество одинаковое
Nn = Np.
Эти носители заряда называют собственными,
а электропроводность, ими обусловленную, - собственной электропроводностью полупроводника.
Электроны и дырки собственной электропроводности, принято обозначать буквой i
ni = pi.

35

Таким образом, за счёт термогенерации в полупроводнике образуется два типа подвижных носителей заряда: свободные электроны

Слайд 39 Такой полупроводник называют беспримесным.
Он используется

для создания высокоомных изоляционных слоев в полупроводниковых структурах.

Сильная зависимость электропроводности таких структур от температуры используется при создании термозависимых сопротивлений - термисторов.

36

t0

Rt

Такой полупроводник называют беспримесным.   Он используется для создания высокоомных изоляционных слоев в полупроводниковых структурах.

Слайд 401.2.2 Примесная электропроводность
полупроводников
37
Если в полупроводник ввести примеси,

то к собственной электропроводности добавляется электропроводность примеси.

1.2.2 Примесная электропроводность полупроводников37  Если в полупроводник ввести примеси, то к собственной электропроводности добавляется электропроводность примеси.

Слайд 41При введении в кристаллическую структуру 4-х валентного кремния атома пятивалентного

элемента (например фосфора), четыре из пяти валентных электронов вступят в

связь с четырьмя соседними атомами кремния.

Донорный полупроводник

38

Донорная примесь

Пятый электрон примесного атома будет в данном случае избыточным.
Он окажется очень слабо связанным со своим атомом.




























Si

Si

Si

Si

P



При введении в кристаллическую структуру 4-х валентного кремния атома пятивалентного элемента (например фосфора), четыре из пяти валентных

Слайд 42Поэтому даже при воздействии малой дополнительной энергии электрон покидает атом

и становится свободным носителем заряда.
Таким образом, введение

в структуру кремния атома фосфора привело к образованию в зоне проводимости свободного электрона. Причем его образование не связано с существованием дырки.

39

Поэтому даже при воздействии малой дополнительной энергии электрон покидает атом и становится свободным носителем заряда.

Слайд 43 Такие примесные полупроводники называются электронными или полупроводниками

n-типа.
Электропроводность электронных полупроводников определяется свободными электронами, которые здесь являются основными

носителями заряда.
Дырок здесь очень мало, они образуются за счет термогенерации собственных носителей.
В результате оказывается, что количество свободных электронов практически равно количеству ионизированных доноров.

40

Такие примесные полупроводники называются электронными или полупроводниками n-типа.Электропроводность электронных полупроводников определяется свободными электронами, которые

Слайд 44Донорный полупроводник
41
Число атомов примеси должно быть существенно меньше

числа атомов основного полупроводника.
Количество атомов составляет N = 1022

. Количество атомов примеси NA,NД ≈ 1013÷1015 , т.е. один атом примеси приходится на 108 атомов основного полупроводника.
Донорный полупроводник41  Число атомов примеси должно быть существенно меньше числа атомов основного полупроводника. Количество атомов составляет

Слайд 45Акцепторный полупроводник
При введении в кристаллическую структуру 4-х

валентного кремния атомов трёхвалентной примеси (например, индий), только три

валентных электрона вступят в связь с четырьмя соседними атомами кремния. Четвёртая связь оказывается незаполненной и она не несёт заряда, т.е. атом примеси является электрически нейтральным.

42

Акцепторный полупроводник   При введении в кристаллическую структуру 4-х валентного кремния атомов трёхвалентной примеси (например, индий),

Слайд 46При воздействии даже небольшой тепловой энергии электрон кремния может перейти

в эту связь.
На внешней оболочке акцептора появляется лишний электрон,

т.е. он превращается в отрицательный ион. Вакантная связь атома кремния несёт собой уже положительный заряд, являясь дыркой.

43

При воздействии даже небольшой тепловой энергии электрон кремния может перейти в эту связь. На внешней оболочке акцептора

Слайд 47Электропроводность дырочного полупроводника определяется дырками, которые являются здесь основными носителями

заряда и их очень много.
Таким образом,

за счёт введения и активации акцепторной примеси образуется дырочный полупроводник, электропроводность которого определяется дырками.
Такую структуру называют дырочный полупроводник, или полупроводник p – типа.

44

Электропроводность дырочного полупроводника определяется дырками, которые являются здесь основными носителями заряда и их очень много.

Слайд 48Введение примесей в полупроводник приводит к образованию дополнительных энергетических уровней

в запрещённой зоне
45






-




Свободная зона
-
-
ЕА















Валентная

зона

-

-

ЕД

Е

Е

ЕF

Введение примесей в полупроводник приводит к образованию дополнительных энергетических уровней в запрещённой зоне45-Свободная

Слайд 4946
Движение носителей заряда в полупроводниках обусловлено двумя физическими

процессами: диффузией и дрейфом.
Если в полупроводнике носители заряда,

электроны и дырки, распределены равномерно, то их концентрацию в этом случае называют равновесной.

1.2.3 Причины движения носителей заряда

46  Движение носителей заряда в полупроводниках обусловлено двумя физическими процессами:  диффузией и дрейфом.  Если

Слайд 5047
- градиенты концентраций,
- коэффициенты диффузии.
Если под влиянием

внешних факторов нарушается равномерность концентрации, то происходит диффузия – выравнивание

концентраций – возникает ток диффузии
47- градиенты концентраций,- коэффициенты диффузии.   Если под влиянием внешних факторов нарушается равномерность концентрации, то происходит

Слайд 5148
Направленное перемещение носителей заряда под действием электрического

поля Е называется дрейфом.
Если имеются носители заряда и

электрическое поле Е, то возникает электрический ток.


- Е

+

-

48   Направленное перемещение носителей заряда под действием электрического поля Е называется дрейфом.  Если имеются

Слайд 5248
Электропроводность полупроводника отражена в уравнении непрерывности
Р-
NР >> Nn
n-

48  Электропроводность полупроводника отражена в уравнении непрерывностиР-NР >> Nnn-

Слайд 53 Основным параметром полупроводникового материала является подвижность носителей заряда


μ. (читается мю).



1.2.4 Параметры полупроводниковых

материалов

49

Основным параметром полупроводникового материала является подвижность носителей заряда μ. (читается мю).1.2.4 Параметры полупроводниковых

Слайд 54Подвижность электронов μn выше подвижности дырок μp


μn > μp.
Наибольшая подвижность наблюдается у электронов в

арсениде галлия GaAs.
Чем больше скорость движения носителей тем выше быстродействие полупроводникового прибора.

50

Подвижность электронов μn выше подвижности дырок μp			     μn > μp. Наибольшая подвижность наблюдается

Слайд 55
Важным параметром полупроводника является время жизни носителей

τ (читается тау).
Временем жизни носителя заряда называется время

от его появления в результате генерации до его исчезновения в результате рекомбинации.

51

Важным параметром полупроводника является время жизни носителей τ (читается тау).  Временем жизни носителя

Слайд 56 Подвижность носителей заряда связана с коэффициентом диффузии D

следующим соотношением:
D = φт μ,
где φт =kТ/q – температурный потенциал;


k – постоянная Больцмана;
q – заряд электрона.
φт при температуре 200С приближённо равен φт ≈ 26 мВ.
Коэффициенты диффузии, так же как и подвижности, имеют разные значения для электронов и дырок,
причём Dn > Dp.

52

Подвижность носителей заряда связана с коэффициентом диффузии D  следующим соотношением:D = φт μ,где φт

Слайд 57 Введение примесей (присадок) в металл (в полупроводниковый материал)

с целью изменения каких-либо его свойств, называется легированием.

В полупроводниковой технологии используется диффузионное легирование,
ионное легирование.

53

Введение примесей (присадок) в металл  (в полупроводниковый материал) с целью изменения каких-либо его свойств,

Слайд 58 Вопросы тестирования
1. К полупроводниковым материалам относятся элементы таблицы

Менделеева:
2. К полупроводниковым материалам относятся элементы:
3.На внешней электронной орбите у

полупроводниковых материалов находится электронов:
4.Собственная электропроводность обусловлена воздействием на полупроводник:
5.В собственном полупроводнике число носителей находится в соотношении:

54

Вопросы тестирования1. К полупроводниковым материалам относятся элементы таблицы Менделеева:2. К полупроводниковым материалам относятся элементы:3.На внешней

Слайд 59 Вопросы тестирования

6. В какой энергетической зоне энергия электрона

наибольшая?
7. Энергетические уровни доноров (электронов) находятся:
8. Энергетические уровни акцепторов (дырок)

находятся:
9. Причина дрейфового тока полупроводников:
10. Причина диффузионного тока полупроводников:

54

Вопросы тестирования6. В какой энергетической зоне энергия электрона наибольшая?7. Энергетические уровни доноров (электронов) находятся:8. Энергетические

Слайд 60 Вопросы тестирования

11.Уравнение непрерывности показывает:
12. В какой энергетической зоне

находится уровень Ферми в проводниках:
13. Куда смещается уровень Ферми в

собственном полупроводнике при повышении температуры:
14. Куда смещается уровень Ферми при введении в полупроводник примести электронного типа:
15. Куда смещается уровень Ферми при введении в полупроводник примеси дырочного типа:

55

Вопросы тестирования11.Уравнение непрерывности показывает:12. В какой энергетической зоне находится уровень Ферми в проводниках:13. Куда смещается

Слайд 622.1 Электронно – дырочный переход
(p-n-переход)
Работа большинства полупроводниковых

приборов основана на явлениях, возникающих в контакте между областями полупроводников

с двумя и более участками (слоями) с различным типом электропроводности.

Тема 2. Полупроводниковые диоды

62

2.1 Электронно – дырочный переход (p-n-переход)  Работа большинства полупроводниковых приборов основана на явлениях, возникающих в контакте

Слайд 63 Граница между двумя областями монокристалла полупроводника,

одна из которых имеет электропроводность р-типа, другая – n-типа,

называется электронно-дырочным переходом (р-n-переходом).

р-n-переход

63

Граница между двумя областями монокристалла полупроводника, одна из которых имеет электропроводность  р-типа,

Слайд 64
р-n-переход


-


-


-


-


+


+
р-
n-
64
Полупроводник р-типа
Полупроводник n-типа

р-n-переход----++р-n-64Полупроводник р-типаПолупроводник n-типа

Слайд 65 Считаем, что граница раздела монокристаллов плоская,

место соединения является идеальным, внешнее электрическое поле отсутствует.

В таких структурах обычно концентрация примесей существенно различна Nа >> ND или Nа << ND. Концентрация основных носителей значительно больше концентрации неосновных.

65

Считаем, что граница раздела монокристаллов плоская,  место соединения является идеальным, внешнее электрическое

Слайд 66 Следовательно, в данной полупроводниковой

структуре имеется неравномерность концентрации подвижных носителей заряда каждого знака.
65

Следовательно, в данной полупроводниковой структуре имеется неравномерность концентрации подвижных носителей заряда

Слайд 67 В полупроводнике р-типа присутствуют в равном количестве подвижные

дырки заряженные положительно и неподвижные отрицательные ионы

В полупроводнике n-типа также имеются подвижные электроны с отрицательным зарядом и неподвижные ионы



-



-



-



-



+



+

n

-

66

Оставить свободное место



В полупроводнике р-типа присутствуют в равном количестве подвижные дырки заряженные положительно и неподвижные отрицательные ионы

Слайд 68 Под действием разности концентраций электроны из n-области будут

перемещаться в p-область,
а дырки из р-области – в n-область.

Встречаясь на границе p- и n-областей, часть дырок и электронов рекомбинируют.

Процессы в p-n-переходе

67




-



-



-



-



+



+

n

-

Под действием разности концентраций электроны из n-области будут перемещаться в  p-область, а дырки из

Слайд 69 В результате в пограничной области образуются

нескомпенсированные заряды неподвижных ионов.
Эта область и есть область p-n-перехода.

Ее называют также обеднённым слоем или i -областью.

67

В результате в пограничной области образуются нескомпенсированные заряды неподвижных ионов. Эта область и

Слайд 70 Пришедшие в n-слой дырки зарядили его положительным

зарядом. В р-слое образовался слой отрицательного заряда.
Эти

слои разделены обедненной зарядами
i -областью.

67

Пришедшие в n-слой дырки зарядили его положительным зарядом. В р-слое образовался слой отрицательного заряда.

Слайд 71 Этот двойной электрический слой создаёт электрическое поле с

напряжённостью Е0 и приводит к появлению внутри полупроводника потенциального барьера

высотой φ0.

58






-



-



-



-



+



+

n

-






l

0



φ0

+


Область
p-n-перехода

Этот двойной электрический слой создаёт электрическое поле с напряжённостью Е0 и приводит к появлению внутри

Слайд 72 Это поле вызывает направленное движение носителей заряда через

переход – дрейфовый ток, направленный навстречу диффузному току
Появление диффузного тока

приводит к увеличению потенциала φ0.

58


Iдр = IДРр + IДРn

В конце концов эти токи сравняются

IДР = IДИФ

Это поле вызывает направленное движение носителей заряда через переход – дрейфовый ток, направленный навстречу диффузному

Слайд 7359






-


-


-


-


+


+
n
-
+
-
Наступит равновесное состояние и результирующий ток окажется равным нулю.

59----++n-+-Наступит равновесное состояние и результирующий ток окажется равным нулю.

Слайд 74 Слой p-n-перехода в целом должен содержать равное число

положительных и отрицательных зарядов, т.е. отрицательный заряд левой части должен

быть равен положительному заряду правой части.
Поскольку принято, что NР >> Nn,
то протяжённость областей расположения зарядов оказывается разной:
меньшую часть i-области занимают дырки,
а большую –электроны.

61

Слой p-n-перехода в целом должен содержать равное число положительных и отрицательных зарядов, т.е. отрицательный заряд

Слайд 75Таким образом, большая часть обеднённой области сосредотачивается в слаболегированном (высокоомном)

слое.
61




-


-


-


-


+


+
n
-
+
-
слаболегированный слой
l0
Протяженность p-n-перехода оценивают параметром l0

Таким образом, большая часть обеднённой области сосредотачивается в слаболегированном (высокоомном) слое.61----++n-+-слаболегированный слойl0Протяженность p-n-перехода оценивают параметром l0

Слайд 76 Основным параметром p-n-перехода является высота потенциального барьера

(контактная разность потенциалов) φ0, которую выражают в вольтах (В).

φ0 зависит от ширины запрещённой зоны исходного полупроводника, чем больше εз ,
тем больше φ0.
Для p-n-переходов на основе германия Ge φ0 = 0,35 В,
а на основе кремния Si φ0 = 0,7 В.

61

Основным параметром p-n-перехода является высота потенциального барьера (контактная разность потенциалов) φ0,  которую выражают

Слайд 772.2 Подключение внешнего источника напряжения к p-n-переходу
Подключим к

p-n-переходу внешнее напряжение U плюсом (+) к p-, а (-)

к n-слою.

Внешнее напряжение окажется приложенным в основном к p-n-переходу как к участку с наибольшим сопротивлением.

Прямое включение p-n-перехода

62





RP

Rp-n

Rn

Rp-n>>

Rn

+U

−U

P-

n-

2.2 Подключение внешнего источника напряжения к p-n-переходу  Подключим к p-n-переходу внешнее напряжение U плюсом (+) к

Слайд 7878
U
-
+
+
-
p-
-
n-
E
0

+
+
+
+



φ0

U
Напряжение U оказалось включенным встречно с внутренним электрическим

полем Е0.
В результате высота потенциального барьера снижается

на величину внешнего напряжения U.

φ

φ

78U-++-p--n-E0++++φ0U  Напряжение U оказалось включенным встречно с внутренним электрическим полем Е0.  В результате высота потенциального

Слайд 79 Количество носителей, обладающих энергией, достаточной для преодоления

потенциального барьера, увеличивается.
Увеличивается диффузионная составляющая тока Iдиф через

p-n-переход.

79

В каждой области появляются дополнительные избыточные концентрации неосновных для данной области носителей.
При этом нарушается условие равновесного состояния.

Количество носителей, обладающих энергией, достаточной для преодоления потенциального барьера, увеличивается.  Увеличивается диффузионная составляющая

Слайд 80 Учитывая, что концентрации неосновных много меньше концентрации

основных носителей, можно отметить, что величина дрейфового тока Iдр этих

носителей от приложенного напряжения зависит очень слабо.
Таким образом, результирующий ток через
p-n-переход

80

Носители собственной электропроводности также начнут встречное движение, образуя дрейфовый ток.

Учитывая, что концентрации неосновных много меньше концентрации основных носителей, можно отметить, что величина дрейфового

Слайд 81 Нарушенное условие равновесного состояния р-n-структуры должно быть восстановлено

за счет источника внешнего напряжения.
Ушедшие из р-слоя дырки восполняются

положительными зарядами источника U, ушедшие электроны – электронами источника U.
В результате появляется ток во внешних выводах р-n-структуры.

81

U

-

+

Iпр

+

-

p-

-

E

0


+

+

+

+

Нарушенное условие равновесного состояния р-n-структуры должно быть восстановлено за счет источника внешнего напряжения. Ушедшие из

Слайд 82 Этот ток далее будем называть

прямым током IПР.

Внешнее напряжение при таком включении
– прямым напряжением Uпр. Считается, что р-n-структура включена согласно.

Высота потенциального барьера φ0 составляет доли вольта (на основе кремния φ0 = 0,7 В).
Поэтому достаточно приложить напряжение Uпр доли вольта, чтобы p-n-переход начал открываться т.е. потек прямой ток.

82

Этот ток далее будем называть

Слайд 83 Уменьшение результирующего поля в
p-n-переходе приводит к

уменьшению объёмного заряда и уменьшению длины запирающего слоя l0.
83


n
-
l
0
+
-
+UПР
-UПР

Уменьшение результирующего поля в p-n-переходе приводит к уменьшению объёмного заряда и уменьшению длины запирающего

Слайд 84 Процесс внедрения носителей заряда в какую-либо область полупроводника,

для которой они являются неосновными, называется инжекцией.
Он характеризуется коэффициентом

инжекции

где Ip и In – токи инжекции дырок и электронов соответственно.

В большинстве случаев Ip >> In и
γ ≈ 1.

84

Процесс внедрения носителей заряда в какую-либо область полупроводника, для которой они являются неосновными, называется

Слайд 852.3 Включение p-n-перехода в обратном
направлении
Включим внешнее напряжение

U (+) к n-области. При этом высота потенциального барьера

повышается на величину напряжения U

что приведёт к уменьшению диффузионной составляющей тока через p-n-переход










U

-

+

I

обр


+

-

p

+

n-

E

0

















φ0

U

85

+


2.3 Включение p-n-перехода в обратном направлении  Включим внешнее напряжение U  (+) к  n-области. При

Слайд 86Поле p-n-перехода втягивает все подошедшие к нему неосновные носители независимо

от высоты потенциального барьера.









Uобр
-
+
I
обр

+
-
p
+
n-
E
0


86
Через переход потечёт ток неосновных

носителей.
Ток дырок из n-области в p-слой и электронов из p-слоя в n-слой.
Поле p-n-перехода втягивает все подошедшие к нему неосновные носители независимо от высоты потенциального барьера.Uобр-+Iобр+-p+n-E086  Через переход

Слайд 87 Ток неосновных носителей через p-n-переход называется обратным.

Внешнее напряжение при таком подключении далее будем называть

обратным и обозначать Uобр.
Используется также термин «обратное смещение p-n-перехода».
Обратный ток называют ещё тепловым током IT, т.к. его величина очень сильно зависит от температуры p-n-перехода.

87

Ток неосновных носителей через p-n-переход называется обратным.   Внешнее напряжение при таком подключении

Слайд 88 В связи с тем, что прямой ток

много больше обратного тока
Iпр >> Iобр можно говорить об

однонаправленной проводимости
p-n-перехода.

88

В связи с тем, что прямой ток много больше обратного тока Iпр >> Iобр

Слайд 89 При обратном включении суммарная напряжённость электрического поля в

p-n-переходе возрастает.
Поэтому возрастает заряд электрического слоя, а также ширина

перехода l0.
Причём возрастает в основном за счёт высокоомного n-слоя.

89



n-

l

0

+

-

-UОБР

+UОБР

При обратном включении суммарная напряжённость электрического поля в  p-n-переходе возрастает. Поэтому возрастает заряд электрического

Слайд 90 Процесс втягивания неосновных носителей заряда при обратном включении

называется экстракцией.
Далее символом р+- будем обозначать

обогащенный полупроводник, в котором концентрация дырок много больше, чем в полупроводнике р.
По аналогии n−.

90



U Е0

− + − +

(Е0 +U)

Процесс втягивания неосновных носителей заряда при обратном включении называется экстракцией.    Далее символом

Слайд 91Таким образом
Идеализированный p-n-переход обладает свойством изменять электропроводность

при подключении внешнего напряжения разной полярности.
При включении

перехода в прямом направлении (согласно) ток возрастает.

При включении перехода в обратном направлении течёт обратный ток, слабо зависящий от напряжения, но сильно зависящий от температуры.
Поэтому этот ток называют также тепловым IT.

91

Таким образом   Идеализированный p-n-переход обладает свойством изменять электропроводность при подключении внешнего напряжения разной полярности.

Слайд 932.4 Вольт-амперная характеристика
p-n-перехода (ВАХ)
Зависимость тока через p-n-переход

от приложенного к нему напряжения хорошо описывается экспоненциальной зависимостью
(1)





75

2.4 Вольт-амперная характеристика p-n-перехода (ВАХ)  Зависимость тока через p-n-переход от приложенного к нему напряжения хорошо описывается

Слайд 94Вольт-амперная характеристика
p-n-перехода (ВАХ)
(1)
где
- температурный потенциал.
k – постоянная Больцмана,
q –

заряд электрона,
T – температура,
I0 – обратный ток.
При T = 293ºК

= 20ºС

(2)






75

Вольт-амперная характеристика p-n-перехода (ВАХ)(1)где- температурный потенциал.k – постоянная Больцмана,q – заряд электрона,T – температура,I0 – обратный ток.При

Слайд 95При прямом включении и UПР > 0,1 B
При обратном включении


Uобр > (0,1 ÷ 0,2)B
ВАХ p-n-перехода
76


При прямом включении и UПР > 0,1 BПри обратном включении Uобр > (0,1 ÷ 0,2)BВАХ p-n-перехода 76

Слайд 96 Зависимость тока через p-n-переход от приложенного к

нему напряжения, выраженная в графическом виде, называется вольт-амперной характеристикой (ВАХ).


На основании выражения можно построить ВАХ
p-n-перехода

U* - напряжение
отпирания
p-n-перехода







I

пр

Ge

Si

20

C

U

пр

U

*

0,2

0,4

0,6

I

0

I

обр

U

B

обр

о

B

77

1)

Зависимость тока через p-n-переход от приложенного к нему напряжения, выраженная в графическом виде, называется

Слайд 97Выразим напряжение на р-n-переходе от тока
(3)
78

Выразим напряжение на р-n-переходе от тока(3)78

Слайд 98 Обратное напряжение – сотни вольт, обратный ток –

единицы-десятки микроампер.
Таким образом
Свойство односторонней электропроводности
p-n-перехода

отражено в вольт-амперной характеристике. Прямое падение напряжения составляет доли вольта, (для Si 0.64 ÷ 0.69 В),
прямой ток – десятки-сотни миллиампер.

79

Обратное напряжение – сотни вольт,  обратный ток – единицы-десятки    микроампер.Таким образом

Слайд 992.5 Емкости p-n-перехода
При прямом напряжении из р-области в n-область инжектируются

носители заряда.
Изменение прямого напря-
жения на p-n-переходе приводит к изменению

концентрации этих
носителей, т.е. к изменению в нем заряда.

Диффузионная емкость p-n-перехода



С

U

U

пр

обр

Диффузионная

Барьерная



U


Q

=


д

80


2.5 Емкости p-n-переходаПри прямом напряжении из  р-области в n-область инжектируются носители заряда. Изменение прямого напря-жения на

Слайд 100 Это изменение, вызванное приложенным напряжением, можно рассматривать

как действие некоторой ёмкости.
Поскольку носители заряда

попадают в
n-область за счёт диффузии, то эту ёмкость называют диффузионной.

100

Это изменение, вызванное приложенным напряжением, можно рассматривать как действие некоторой ёмкости.   Поскольку

Слайд 101Барьерная емкость
Барьерная ёмкость Сб представляет собой изменение заряда в i-области

под действием приложенного напряжения.


С
UОБР
Барьерная
101

n
-
l
0
-UОБР
+UОБР
i-область

Барьерная емкостьБарьерная ёмкость Сб представляет собой изменение заряда в i-области под действием приложенного напряжения. СUОБРБарьерная101n-l0-UОБР+UОБРi-область

Слайд 102Барьерная емкость
Ширина p-n-перехода зависит от Uобр. При изменении

тока меняется и количество нескомпенсированных ионов в i-области, т.е. меняется

её заряд.

102

Поэтому p-n-переход можно рассматривать как систему из двух проводящих плоскостей, разделённых диэлектриком, т.е. как плоский конденсатор.

Барьерная емкость  Ширина p-n-перехода зависит от Uобр.  При изменении тока меняется и количество нескомпенсированных ионов

Слайд 103Барьерная емкость
103
p-n-переход можно рассматривать как систему из двух проводящих плоскостей,

разделённых диэлектриком, т.е. как плоский конденсатор.
-Uобр
+Uобр

Барьерная емкость103p-n-переход можно рассматривать как систему из двух проводящих плоскостей, разделённых диэлектриком, т.е. как плоский конденсатор.

Слайд 1042.6 Пробой p-n-перехода
Пробой p-n-перехода – это явление резкого

увеличения обратного тока I0 при увеличении обратного напряжения Uобр


Пробой

Электрический

Туннельный

Лавинный

Тепловой

104

2.6 Пробой p-n-перехода  Пробой p-n-перехода – это явление резкого увеличения обратного тока I0 при увеличении обратного

Слайд 105 Электрические пробои связаны с увеличением напряжённости электрического

поля в р-n- переходе. Тепловые пробои связаны с увеличением

рассеиваемой мощности и соответственно температуры.
Если не ограничивать ток через p-n-переход, то электрический пробой переходит в тепловой.


Пробой


Электрический


Тепловой

105

Электрические пробои связаны с увеличением напряжённости электрического поля в р-n- переходе.   Тепловые

Слайд 106В узких p-n-переходах при высокой концентрации примесей возникает туннельный пробой.


При пробое сопротивление
p-n-перехода уменьшается, а ток резко возрастает.



Электрический

Туннельный




U
обр




I
обр
Электрический
Тепловой
106

В узких p-n-переходах при высокой концентрации примесей возникает туннельный пробой. При пробое сопротивление p-n-перехода уменьшается, а ток

Слайд 107В относительно широких p-n-переходах возникает лавинный пробой.
Механизм лавинного пробоя заключается

в лавинном размножении носителей заряда в сильном электрическом поле под

действием ударной ионизации.




Электрический



Лавинный







I

U

U

пр

обр





пр

I

обр

Электрический

107

В относительно широких  p-n-переходах возникает лавинный пробой.Механизм лавинного пробоя заключается в лавинном размножении носителей заряда в

Слайд 108 При лавинном пробое также ток резко возрастает, а сопротивление

p-n-перехода уменьшается.
U
обр
108
Р+
n
p-n-переход

При лавинном пробое также ток резко возрастает, а сопротивление  p-n-перехода уменьшается.Uобр108Р+np-n-переход

Слайд 1092.7 Влияние температуры на вольт-амперную характеристику p-n-перехода
Процессы в p-n-переходе в

сильной степени зависят от температуры, которая является основным источником энергии

для носителей.

109

2.7 Влияние температуры на вольт-амперную характеристику p-n-переходаПроцессы в p-n-переходе в сильной степени зависят от температуры, которая является

Слайд 110 Температурная зависимость прямой ветви ВАХ, согласно (1), определяется

изменениями тока I0 и температурного потенциала φТ.
110



I
UПР
Uобр
пр
Iобр




I
I0
70
20
C
о
∆UПР

пр
При

этом влияние составляющей тока I0 от температуры сильней, чем влияние составляющей φТ .

∆t= (70-20)0C

t

Температурная зависимость прямой ветви ВАХ, согласно (1), определяется изменениями тока I0 и температурного потенциала φТ.

Слайд 111Повышение температуры приводит к сдвигу
прямой ветви вольт-амперной характеристики в

сторону меньших напряжений.
111

Повышение температуры приводит к сдвигу прямой ветви вольт-амперной характеристики в сторону меньших напряжений.    111

Слайд 112 Для обратной ветви ВАХ ток p-n-перехода определяется

концентрацией неосновных носителей.
С повышением температуры их концентрация

увеличивается по экспоненциальному закону.

112

где I0(t) и I0(t0) – обратные токи при рассматриваемой и комнатной температурах;
Δt = (t – t0) – изменение температуры;
α = (0.07 ÷ 0.13) 1/градус.







I0(t) = I0(t0)∙eαΔt

Для обратной ветви ВАХ ток p-n-перехода определяется концентрацией неосновных носителей.   С повышением

Слайд 1132.8 Контакты и переходы в полупроводниках
Контакты и переходы могут быть

организованы различными средствами и способами.
Электрический переход –

это граничный слой между двумя областями полупроводника, физические свойства которых существенно различны.

p-n-переход – это электронно-дырочный переход;

113

2.8 Контакты и переходы в полупроводникахКонтакты и переходы могут быть организованы различными средствами и способами.

Слайд 114Контакты и переходы в полупроводниках
n-n+-, p-p+ - электронно-электронный переход, который

образуется между областями полупроводника одного типа, но различной концентрации.
Знак

плюс условно обозначает более высокую концентрацию.

114

Контакты и переходы в полупроводникахn-n+-, p-p+ - электронно-электронный переход, который образуется между областями полупроводника одного типа, но

Слайд 115М-p-, М-n- – переход металл-полупроводник;
М-p+-p-, М-n+-n – переход металл -

обогащённый полупроводник – полупроводник;
115



p-
M
p+-
p-pi-, n-ni- – переход между дырочным

(электронным) и собственным полупроводником;

+ U

М-p-, М-n- – переход металл-полупроводник;М-p+-p-, М-n+-n – переход металл - обогащённый полупроводник – полупроводник;115p-Mp+-p-pi-,  n-ni- –

Слайд 116- гетеропереходы,
где ε31 и ε32 – материалы с различной

шириной запрещённой зоны.
Российский академик Ж.Алферов за разработки

в области гетеропереходов получил Нобелевскую премию.
Современные сверхбыстродействующие структуры работают именно на этом эффекте.

116

- гетеропереходы, где ε31 и ε32 – материалы с различной шириной запрещённой зоны.   Российский академик

Слайд 117 Полупроводниковый диод – электронный прибор, имеющий два электрических вывода

и содержит один или несколько p-n-переходов.
Полупроводниковые диоды
117
Диоды

подразделяются на: - выпрямительные, - специальные.

ДИОДЫ

выпрямительные

специальные

Полупроводниковый диод –  электронный прибор, имеющий два электрических вывода и содержит один или несколько p-n-переходов.

Слайд 118диоды
118
Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока.

В зависимости от частоты и формы переменного тока различают:
Выпрямительные диоды
низкочастотные
высокочастотные
импульсные

диоды118  Выпрямительные диоды предназначены  для преобразования переменного тока.  В зависимости от частоты и формы

Слайд 119диоды
119
В специальных диодах используются различные свойства p-n-переходов:

- явление электрического пробоя, - барьерная емкость, - фоточувствительность и

др.
диоды119  В специальных диодах используются различные свойства p-n-переходов:   - явление электрического пробоя,  -

Слайд 120120

p+
n-
Э

Б
IПР
Rр-n
++++
──

Большинство диодов выполнено на основе несимметричных p-n-переходов

NP >> Nn.
Введем терминологию.

Э – эмиттер, СП- емкость перехода, Б – база, rб – объемное сопротивление базы (омическое), Rp-n – сопротивление р-n-перехода.

СП

120p+n-Э          БIПРRр-n++++──rб   Большинство диодов выполнено на

Слайд 121 В реальных p-n-переходах необходимо учитывать сопротивление базы

rб. С его учетом прямое напряжение на
p-n-переходе будет больше напряжения

на идеализированном p-n-переходе на величину падения напряжения на объемном сопротивлении базы rб.

121

(2)

В реальных p-n-переходах необходимо учитывать сопротивление базы rб.  С его учетом прямое напряжение

Слайд 122 При высоком уровне инжекции в реальных
p-n-переходах наблюдается

эффект модуляции сопротивления базы. Он заключается в уменьшении сопротивления базы из-за увеличения

концентрации неосновных носителей в базе.

122

При больших токах из-за влияния сопротивления rб вольт-амперная характеристика p-n-перехода становится почти линейной.

При высоком уровне инжекции в реальных p-n-переходах наблюдается эффект модуляции сопротивления базы. Он заключается в уменьшении

Слайд 123123
Теоретическая ВАХ
С учетом rб = const
С учетом эффекта модуляции сопротивления

базы rб
UПР
IПР
0



ΔU = I∙rб

123Теоретическая ВАХС учетом rб = constС учетом эффекта модуляции сопротивления базы rбUПРIПР0ΔU = I∙rб

Слайд 1242.9 Выпрямительные диоды
Возможность применения диодов в тех

или иных электрических схемах определяется его вольт-амперной характеристикой – ВАХ


и параметрами.

124

Зависимость тока, протекающего через диод, от приложенного к нему напряжения, выраженная в графической форме, называется вольт-амперной характеристикой – ВАХ .

2.9 Выпрямительные диоды   Возможность применения диодов в тех или иных электрических схемах определяется его вольт-амперной

Слайд 125125
Зависимость какого-либо свойства диода, выраженная в числовой

форме, называется

параметром.

U

U

I

R =

I



I = f (U )

125   Зависимость какого-либо свойства диода, выраженная в числовой форме, называется

Слайд 126126
Зависимость тока Iпр от приложенного напряжения Uпр,

может быть получена на основании соотношения
Обратная ветвь

ВАХ диода строится на основании общего соотношения (1).

(2)

126   Зависимость тока Iпр от приложенного напряжения Uпр, может быть получена на основании соотношения

Слайд 127 Выпрямительные диоды характеризуются набором статических и динамических параметров.

Статический параметр – параметр, полученный при заданных неизменных условиях.


Выпрямительные диоды характеризуются набором статических и динамических параметров.  Статический параметр – параметр, полученный при

Слайд 128

UПР
В
Uобр
IПР
Iобр
I0
t=20 C
o
Uпроб
ВАХ диода
128
В
+ +

+
0.3 0.6 0.9
Iпр
UПР
К статическим

параметрам диодов относятся: - падение напряжения на диоде UПР при заданном прямом токе диода IПР;

Прямая ветвь ВАХ диода

I = f (U )

UПРВUобрIПРIобрI0t=20 C oUпробВАХ диода128В +    +    +0.3  0.6

Слайд 129

UПР
В
Uобр
IПР
Iобр
I0
129
В
+ + +
0.3

0.6 0.9
Iпр
UПР
- максимальный допустимый прямой ток

IПР.ДОП; - допустимая мощность рассеяния РДОП;

Iпр.доп

РДОП


UПРВUобрIПРIобрI0129В +    +    +0.3  0.6   0.9Iпр UПР -

Слайд 130130
При протекании по диоду прямого тока и наличии

прямого напряжения на диоде UПР выделяется мощность Р = U∙I

в виде Джоулевого тепла. Если это тепло не успевает рассеиваться с кристалла р-n-перехода, то он начинает перегреваться.

Мощность РДОП = IПРдоп•UПР

ограничена допустимой температурой кристалла и условиями охлаждения.

130  При протекании по диоду прямого тока и наличии прямого напряжения на диоде UПР выделяется мощность

Слайд 131

UПР
В
Uобр
IПР
Iобр
I0
t=20 C
o
Uпроб
131
РДОП
обратный ток диода I0; - обратное допустимое напряжение

UОБР.ДОП;
напряжение пробоя UПРОБ.

В
+ +

+
0.3 0.6 0.9

Iпр

UПР

UОБР.ДОП

UОБР.ДОП

< Uпроб

UПРВUобрIПРIобрI0t=20 C oUпроб131РДОП обратный ток диода I0; - обратное допустимое напряжение UОБР.ДОП; напряжение пробоя UПРОБ.В +

Слайд 132

UПР
В
Uобр
IПР
Iобр
I0
t=20 C
o
Uпроб
132
RОБР = UОБР/IОБР - сопротивление диода

при

обратном включении


В

+ + +
0.3 0.6 0.9

Iпр

UПР

UОБР.ДОП

UОБР.ДОП

< Uпроб

R0 =

UПР

IПР

- сопротивление диода постоянному току в заданной точке.

UПРВUобрIПРIобрI0t=20 C oUпроб132  RОБР = UОБР/IОБР - сопротивление диода при

Слайд 133133


Uпр
В
Uобр
IПР
Iобр
∆Iпр
∆Uпр
r =
∆UПР
∆IПР
д
- дифференциальное сопротивление
Рабочая точка
Iпр1
Iпр2
Iпр1
Iпр2-
ΔIпр = (

)

133UпрВUобрIПРIобр∆Iпр∆Uпрr = ∆UПР∆IПРд- дифференциальное сопротивление Рабочая точкаIпр1Iпр2Iпр1Iпр2-ΔIпр = (      )

Слайд 134134
Влияние температуры на параметры и характеристики диодов
При изменении

температуры корпуса диода изменяются его параметры. Наиболее сильно зависят от

температуры прямое напряжение на диоде UПР и его обратный ток I0.
134Влияние температуры на параметры и характеристики диодов  При изменении температуры корпуса диода изменяются его параметры. Наиболее

Слайд 135135
Влияние температуры
Смещение прямой ветви ВАХ диода при изменении

температуры оценивается коэффициентом напряжения (ТКН)
∆UПР
∆t
ТКН =−
t
Для оценки влияния

температуры можно считать, что

ТКН = - 2 мВ/0С


мВ



135Влияние температуры  Смещение прямой ветви ВАХ диода при изменении температуры оценивается коэффициентом напряжения (ТКН)∆UПР∆tТКН =−t

Слайд 136

UПР
В
Uобр
IПР
Iобр

I0
t=600С t=20 C
o
Uпроб
136
В
+ +

+
0.3 0.6 0.9
∆t =(60

– 20)0С

t

∆Uпр


∆Uпр

∆t

ТКН = -

t


мВ


UПРВUобрIПРIобрI0t=600С  t=20 C oUпроб136В +    +    +0.3  0.6

Слайд 137137
Обратный ток I0 обусловлен термогенерацией пар носителей

в нейтральных p- и n-областях, прилегающих к обедненному слою. Эта составляющая

обратного тока сильно зависит от температуры и практически не зависит от приложенного напряжения.

Для оценки влияния температуры на обратный ток I0 (IT) можно считать, что этот ток увеличивается в 2.5 раза при увеличении температуры на каждые 100С (для Si).

137   Обратный ток I0 обусловлен термогенерацией пар носителей в нейтральных p- и n-областях, прилегающих к обедненному

Слайд 138138
Обратная ветвь диодов до напряжения пробоя практически сливается с осью

напряжения для температур 40 – 50 0С для кремниевых структур.


IОБР

UОБР


UПРОБ

I0

138Обратная ветвь диодов до напряжения пробоя практически сливается с осью напряжения для температур 40 – 50 0С

Слайд 139Общее обозначение диодов
VD
А К
Iпр
139
+Uпр
-Uпр

p+
n-

b
a
600
a 6
b

5
мм
Iпр
Анод
Катод

Общее обозначение диодовVDА     КIпр139+Uпр-Uпрp+n-ba600a  6b  5ммIпрАнодКатод

Слайд 140 Для экспериментального получения прямой ветви диода и

определения параметров смоделируем схему измерения
VD
I
Iпр
139
Uпр

V

Изменяя ток источника тока I в заданных пределах, измеряем прямое напряжение на диоде UПР с помощью вольтметра V.

Вольтметр

+

Для экспериментального получения прямой ветви диода и определения параметров  смоделируем схему измеренияVDIIпр139Uпр

Слайд 141На основании измеренных данных строится прямая ветвь диода
IПР
Iпр (мА)

1 5 10 50 100

250 500 750 1000

141

Uпр

Uпр

(mV) 600 625 640 660 665 670 675 680 685

мА

600 650 700 750 mV

1000

750

500

250

На основании измеренных данных строится прямая ветвь диодаIПРIпр (мА)  1   5  10

Слайд 142Применение выпрямительных диодов
142
Диоды применяются для преобразования переменного напряжения

в частности синусоидальной формы в постоянное напряжение.

Применение выпрямительных диодов142  Диоды применяются для преобразования переменного напряжения в частности синусоидальной формы в постоянное

Слайд 143 Выпрямление переменного напряжения
t
U(t)
IН(t)
Iн.ср
143
U(t)

А



~
+
+
-

IН(t)

Выпрямление переменного напряженияtU(t)IН(t)Iн.ср143U(t)АRнUн~++-IН(t)

Слайд 144Разделение разнополярных сигналов
144
t
U(t)
UН1





t

UН2
U(t)

П


UН1

UН2

Разделение разнополярных сигналов144tU(t)UН1tUН2U(t)ПRнUН1UН2

Слайд 145Домашнее задание подготовка ответа на один из вопросов экзаменационного билета
145
Вычислить напряжение

на сопротивлении RН, если на вход подается постоянное напряжение U

= 2 B, диод – кремниевый Si.

Вычислить напряжение на диоде при тех же условиях

U=2 В +


А



U=1 В +


А



R

RН = 2 Ом, RД = 0

Домашнее задание подготовка ответа на один из вопросов экзаменационного билета145Вычислить напряжение на сопротивлении RН, если на вход

Слайд 146ДИОДЫ

ДИОДЫ

Слайд 147Предназначены для работы на сверхвысоких частотах (f > 10 мГц).
Характеризуются

малым сопротивлением базы
и малым временем жизни носителей
2.10 Высокочастотные выпрямительные

диоды


p+

Rр-n

+++


Сп

147

Предназначены для работы на сверхвысоких частотах (f > 10 мГц).Характеризуются малым сопротивлением базы и малым временем жизни

Слайд 148Х - емкостное сопротивление перехода
U(t)=Um·sinωt




~
Сп





СП

Х    - емкостное сопротивление перехода U(t)=Um·sinωtRНUн~Сп•••СП

Слайд 149Эквивалентная схема диода на высоких частотах


Rр-n
Сп

При прямом включении диода
rб >>


Rр-n,
При обратном включении диода

- емкостное сопротивление

Сп

(2πƒ·Сп)

1

2πƒ = ω

Эквивалентная схема диода на высоких частотахRр-nСпrбПри прямом включении диодаrб >> Rр-n,При обратном включении диодаrб

Слайд 150Предназначены для работы в импульсных устройствах.
Диоды относятся к универсальным.
2.11 Импульсные

диоды



U
t
Uпр
t
Iпр
tвосст
Iобр

tвосст – время
рассасывания неосновных
носителей в базе.
Iпр
148

Предназначены для работы в импульсных устройствах.Диоды относятся к универсальным.2.11 Импульсные диодыRнUtUпрtIпрtвосстIобрIоtвосст – время рассасывания неосновных носителей в

Слайд 151
150
Для демонстрации процесса выпрямления смоделируем схему.
U(t)

VD



~

А

Осц.
=
+
UCM
V

150Для демонстрации процесса выпрямления смоделируем схему.U(t)VDRнUн~     А Осц.=+UCM    V

Слайд 152151
Процесс преобразования.

151Процесс преобразования.

Слайд 153Специальные диоды
2.12 Стабилитроны (опорные диоды)

152
Стабилитроны –

диоды, в которых используются свойства электрического пробоя p-n-перехода (туннельного или

лавинного).
В режиме электрического пробоя в широком диапазоне изменения тока через диод напряжение на нем меняется очень незначительно, т.е. ВАХ практически параллельна оси тока.
Специальные диоды 2.12 Стабилитроны (опорные диоды)152   Стабилитроны – диоды, в которых используются свойства электрического пробоя

Слайд 154Стабилитроны

153
Если в режиме пробоя тепловая мощность, выделяющаяся на

диоде, не превышает предельно допустимую, то в таком режиме стабилитрон

может работать неограниченно длительное время. Для ограничения тока через стабилитрон последовательно с ним включают сопротивление.

Основное назначение стабилитронов состоит в получении постоянного стабилизированного напряжения, которое не зависит от изменения входного питающего напряжения и изменениями тока, потребляемого нагрузкой.

Стабилитроны153  Если в режиме пробоя тепловая мощность, выделяющаяся на диоде, не превышает предельно допустимую, то в

Слайд 155вольт-амперная характеристика
UПР
Uобр
В
Iпр
IСТ
∆Uпр
Uст

Рдоп
Iст.max
∆Iст
∆Uст
∆Uст
t
∆t = 40 C
o
156
Стабилитроны

Рабочий
участок
ВАХ

вольт-амперная характеристикаUПРUобр   ВIпрIСТ∆UпрUстРдопIст.max∆Iст∆Uст∆Uстt∆t = 40 Co156Стабилитроны•Рабочий участокВАХ

Слайд 156 Основные параметры стабилитронов:
UСТ - напряжение стабилизации,
IСТ - средний

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

анода,

rСТ =

∆UСТ

∆IСТ

дифференциальное сопротивление
стабилитрона в режиме стабилизации,

- R0 - сопротивление постоянному току,
- ТКН стабилитрона в режиме стабилизации

ξ =

∆Uст

UСТ

1

∆t

100% [%/град]

t

·

138

Стабилитроны

Основные параметры стабилитронов:UСТ - напряжение стабилизации,IСТ - средний ток стабилизации,Icт.max – максимальный ток стабилизации,Рдоп –

Слайд 157 Обозначение стабилитронов
А

К

Односторонний
Двусторонний
КС168А

КС210Б

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

157

Стабилитроны

!

Обозначение стабилитроновА      КОдностороннийДвустороннийКС168А

Слайд 158 Стабилитрон, включенный в цепь в прямом направлении и

используемый в качестве стабилизатора напряжения, называется стабистор.
Используется

для получения стабилизированного напряжения 0,6 ÷ 2,0 В. (КС107А) UСТ = 0,7 В.

158

Стабилитроны

Стабилитрон, включенный в цепь в прямом направлении и используемый в качестве стабилизатора напряжения, называется стабистор.

Слайд 159 Стабилитроны используются также в качестве фиксаторов и ограничителей

напряжения,
применяются в схемах защиты нагрузки от перенапряжения.
Uвх +

VD





R0
R0 –

сопротивление, ограничивающее ток.

Понятие нагрузки.


o

o

o

o

Стабилитроны используются также в качестве фиксаторов и ограничителей напряжения,применяются в схемах защиты нагрузки от перенапряжения.Uвх

Слайд 160Применение стабилитронов
Стабилитроны применяются в схемах стабилизаторов напряжения.
Были

разработаны термокомпенсированные стабилитроны.
Однако напряжение стабилизации UСТ зависит от

температуры корпуса стабилитрона.

Стабилитроны

159

Такие стабилизаторы называются параметрическими.

UСТ
В

ТКН



3 5 8

Применение стабилитронов  Стабилитроны применяются в схемах стабилизаторов напряжения. Были разработаны термокомпенсированные стабилитроны.  Однако напряжение стабилизации

Слайд 161


UП +

R0
VD1
VD2
-
UН = UСТ
VD1- стабилитрон с положительным ТКН, включен

в обратном направлении,
VD2 – термокомпенсирующий диод с отрицательным ТКН (-

2 мВ/0С).

R0 - сопротивление, ограничивающее ток стабилитрона.

Стабилитроны

160

RНUП +R0VD1VD2 -UН = UСТVD1- стабилитрон с положительным ТКН, включен в обратном направлении,VD2 – термокомпенсирующий диод с

Слайд 162


+ UП

R0
UВЫХ
Для проведения расчетов стабилизатора была разработана

схема замещения (модель) стабилитрона.
Стабилитроны
161


rСТ
+

UСТ
IСТ
UВЫХ


rСТ
+



UСТ

UВЫХ = UП + UCT - IH

rСТ∙R0

rСТ

rСТ + R0

rСТ + R0

R0

rСТ + R0

IСТ

Rн+  UПR0UВЫХ  Для проведения расчетов стабилизатора была разработана схема замещения (модель) стабилитрона.Стабилитроны161rСТ +

Слайд 163Стабилитроны

Стабилитроны

Слайд 164Стабилитрон

Стабилитрон

Слайд 165Стабилитроны

.
Стабилитроны
Домашнее задание подготовка ответа на один из вопросов экзаменационного билета
1. Вычислить

ток нагрузки, если на вход стабилизатора подается постоянное напряжение 10

вольт, стабилитрон типа КС168, RH = 680 Ом, R0 = RH.

UП=10 В +



RН = 680 Ом

R0

IH


Стабилитроны.СтабилитроныДомашнее задание подготовка ответа на один из вопросов экзаменационного билета1. Вычислить ток нагрузки, если на вход стабилизатора

Слайд 166Стабилитроны

2. Принцип работы стабилизатора напряжения на основе стабилитрона.
Термокомпенсация

напряжения стабилизатора.
Стабилитроны
3. Принцип действия стабилитрона и стабистора. Их

вольт-амперные характеристики и параметры. Применение этих диодов.
Стабилитроны  2. Принцип работы стабилизатора напряжения на основе стабилитрона.Термокомпенсация напряжения стабилизатора.Стабилитроны  3. Принцип действия стабилитрона

Слайд 1672.13 Туннельные диоды
В туннельных диодах используется эффект туннельного

прохождения зарядов через p-n-переход.
Он возникает в очень

тонком переходе в условиях высокой напряженности электрического поля. Ток начинает проходить через переход при напряжении, значительно меньшем контактной разности потенциалов (0.7 В).
Заряды проходят в обоих направлениях, создавая ток диода.

166

2.13 Туннельные диоды  В туннельных диодах используется эффект туннельного прохождения зарядов через  p-n-переход.

Слайд 168Туннельные диоды
Эффект туннельного прохождения зарядов через p-n-переход.
Заряды проходят в

обоих направлениях, создавая ток диода.
167
Р+
n
WF

Туннельные диодыЭффект туннельного прохождения зарядов через p-n-переход. Заряды проходят в обоих направлениях, создавая ток диода. 167Р+nWF

Слайд 169 В прямом включении ток вначале возрастает. При некотором

напряжении Umax ток достигает максимального значения, а затем начинает убывать.

Снижение тока связано с тем, что с ростом напряжения в прямом направлении уменьшается число электронов, способных совершить туннельный переход.

168

Туннельные диоды

Р+

n

WF

В прямом включении ток вначале возрастает. При некотором напряжении Umax ток достигает максимального значения, а

Слайд 170 При напряжении Umin число таких электронов уменьшается до

нуля и туннельный ток исчезает.
При дальнейшем увеличении прямого

напряжения ток опять начинает увеличиваться теперь уже за счет диффузионных процессов.

169

Р+

n

WF

При напряжении Umin число таких электронов уменьшается до нуля и туннельный ток исчезает.  При

Слайд 171 Ввиду очень малой толщины слоя р-n-перехода время перехода

электронов через него очень мало (до 10-13 – 10-14 с).


Поэтому туннельный диод является практически безинерционным прибором. В обычных диодах электроны проходят через переход под действием диффузионных сил, т.е. очень медленно.

170

Туннельные диоды

Основная особенность туннельного диода состоит в наличии на его ВАХ участка с «отрицательным» сопротивлением.

Ввиду очень малой толщины слоя  р-n-перехода время перехода электронов через него очень мало (до

Слайд 172 Вольт-амперная характеристика туннельного диода

Uпр
В
IПР
Iобр
∆Iпр
∆Uпр

Umax
Iпр.max
Iдиф
Iтун
rд =
∆Uпр
∆Iпр
Параметры

Imax,
Imin.
Umax,
Umin.
171
Umin.
Iпр.min
Туннельные

диоды

Вольт-амперная характеристика туннельного диодаUпрВIПРIобр∆Iпр∆UпрUmaxIпр.maxIдифIтунrд = ∆Uпр∆IпрПараметрыImax, Imin.Umax, Umin.171Umin.Iпр.minТуннельные диоды

Слайд 173Применение туннельного диода
Uвых
r =
∆Uпр
∆Iпр
д
Диод включен последовательно с

нагрузкой и источником постоянного напряжения U.
В

зависимости от напряжения U и величины нагрузки Rн диод может работать в генераторном или переключательном режимах.




U+

VD

U-

Применение туннельного диодаUвыхr = ∆Uпр∆Iпрд  Диод включен последовательно с нагрузкой и источником постоянного напряжения U.

Слайд 174 В генераторном режиме схема вырабатывает колебания электрического тока,

например синусоидальной формы.
Линия нагрузки диода в генераторном режиме.

Uпр
Iпр

U
РТ
174
U/RH

В генераторном режиме схема вырабатывает колебания электрического тока, например синусоидальной формы. Линия нагрузки диода в

Слайд 175Для возникновения колебаний в схеме следует выполнить два условия.
Напряжение

U должно обеспечивать положение РТ на участке с отрицательным сопротивлением.
Отрицательное

сопротивление rд должно быть больше RH rд > RH.

Линия нагрузки диода в генераторном режиме. Она проводится по двум точкам.


Uпр

Iпр


U

РТ

174

U/RH

Туннельные диоды

Для возникновения колебаний в схеме следует выполнить два условия. Напряжение U должно обеспечивать положение РТ на участке

Слайд 176В переключательном режиме схема вырабатывает импульсы электрического тока прямоугольной формы,

если имеется внешнее воздействие.
Линия нагрузки диода в переключательном режиме.

Uпр
Iпр

U
1
2

В переключательном режиме рабочая точка может находиться либо в точке 1, либо в точке 2.

175

Туннельные диоды

U/RH

В переключательном режиме схема вырабатывает импульсы электрического тока прямоугольной формы, если имеется внешнее воздействие. Линия нагрузки диода

Слайд 177Вид ВАХ туннельного диода и величины тока и напряжения.
176

≈ 160 Ом

Вид ВАХ туннельного диода и величины тока и напряжения. 176rд ≈ 160 Ом

Слайд 178Обозначение туннельного диода на электрических схемах
178
3И202А
- Предназначен для работы

в генераторном режиме.
3И302А
- Предназначен для работы в переключательном режиме.
И

– принадлежность прибора к туннельным диодам.

VD

Туннельные диоды

Обозначение туннельного диода на электрических схемах1783И202А - Предназначен для работы в генераторном режиме.3И302А - Предназначен для работы

Слайд 179 Такие диоды строятся на вырожденном полупроводнике. У них

отсутствует максимум на прямой ветви ВАХ.
Прямой ток обусловлен

диффузионным механизмом, а обратный – туннельным.
Применяется для детектирования (выпрямления) СВЧ сигналов малых напряжений амплитудой до 0.3 В.

2.14 Обращенные диоды

179

Однако при использовании обращенного диода необходимо поменять местами анод и катод.

Такие диоды строятся на вырожденном полупроводнике. У них отсутствует максимум на прямой ветви ВАХ.

Слайд 180Прямая ветвь ВАХ используется как обратная, диод закрыт, если напряжение

меньше 0.3 В.
Обратная ветвь используется для включения в прямом направлении.



Uпр
В

Iпр

Iобр

0.1В

0.3 ÷ 0.5 В

180

UОБР
В

Вольт-амперная характеристика обращенного диода

ψК

Обращенные диоды

Прямая ветвь ВАХ используется как обратная, диод закрыт, если напряжение меньше 0.3 В.Обратная ветвь используется для включения

Слайд 181Обозначение обращенного диода
АИ402Д
А – арсенид-галлиевый,
И – туннельный,


4 – обращенный.
181
VD
Обращенные диоды

Обозначение обращенного диода АИ402Д А – арсенид-галлиевый, И – туннельный, 4 – обращенный. 181VDОбращенные диоды

Слайд 182Вопросы в экзаменационных билетах
1. Принцип работы туннельного диода. Его ВАХ

и параметры.
2. Применение туннельного диода в схемотехнике.
3. Обращенный диод. Его

ВАХ и параметры. Применение обращенного диода.

182

Обращенные диоды

Вопросы в экзаменационных билетах1. Принцип работы туннельного диода. Его ВАХ и параметры.2. Применение туннельного диода в схемотехнике.3.

Слайд 1832.15 Варикап
Диод, в котором используется барьерная емкость p-n-перехода.

Величина емкости зависит от приложенного к диоду обратного напряжения.

С увеличением напряжения емкость уменьшается.

Специальные диоды

Емкость варикапа можно оценить

СВ =

С0

√ 1 – UВ/ψК

С0 – начальная емкость варикапа при UВ = 0,
ΨК – контактная разность потенциалов
p-n-перехода.

2.15 Варикап  Диод, в котором используется  барьерная емкость p-n-перехода.  Величина емкости зависит от приложенного

Слайд 184
СВ
UОБР
В
С0
Св.min
Св.mах
Параметры:
- Св.min, Св.mах,
- коэффициент перекрытия по емкости Кс
- Кс

=
Св.min
- добротность варикапа QВ
QВ =
ХС

ХС – реактивное

сопротивление варикапа,
rП – сопротивление потерь.

Вольт-фарадная характеристика варикапа
СВ = f (UОБР)

+ +
20 10

СВUОБР ВС0Св.minСв.mахПараметры:- Св.min, Св.mах,- коэффициент перекрытия по емкости Кс- Кс = Св.min - добротность варикапа QВQВ =

Слайд 185Обозначение варикапов
КВ107А
К – на основе кремния,
В

– варикап,

1 - подстроечный,
07 – номер разработки,
(2) – умножительный.

Св = (10 ÷ 50) пФ (10-12 Ф),
Uобр = (2 ÷ 10) В.


185

Варикап

Обозначение варикаповКВ107АК – на основе кремния,				    В – варикап,

Слайд 186 Варикап используется в качестве электрически управляемой емкости.



~
С
СВ
R
r
Uупр
+
-
L
С

>> Cв
L
и
СВ
образуют колебательный контур.
Резонансная частота контура изменяется под

действием
управляющего напряжения.

Uвых

Г

ω0 =

1

√LCВ

Варикап используется в качестве электрически управляемой емкости.~ССВRrUупр+-LС >> CвLиСВобразуют колебательный контур.  Резонансная частота

Слайд 187 Вопросы по варикапу
Варикап, принцип работы. Характеристики и

параметры варикапа.
Применение варикапа в схемах электроники. Обозначение варикапа на схемах.

Вопросы по варикапуВарикап, принцип работы. Характеристики и параметры варикапа.Применение варикапа в схемах электроники. Обозначение

Слайд 1882.16 Фотодиод

n
+
Ф
(-)
+
Е
188
ФОТОДИОД - полупроводниковый диод,
в котором

используется зависимость его характеристики от освещенности.
Он имеет два электрода,

разделенные
р-n-переходом.

В корпусе диода имеется окно с оптической средой, сфокусированной на р-n-переходе.

h∙ν


2.16 Фотодиодn+Ф(-)+ Е188  ФОТОДИОД - полупроводниковый диод, в котором используется зависимость его характеристики от освещенности. Он

Слайд 189Световой поток Ф c энергией , падающий на

р-n-переход, приводит к появлению дополнительных пар электрон-дырка.
169
Под действием электрического поля

р-n-перехода дырки переходят в р-область, а электроны остаются в n-области, они не могут преодолеть потенциального барьера. Происходит накопление дырок в р-области и электронов n-области. При этом через переход потечет ток IФ и I0.

h∙ν

Фотодиод

Световой поток Ф c энергией   , падающий на  р-n-переход, приводит к появлению дополнительных пар

Слайд 190

170
Общий ток через переход

При этом между электродами устанавливается некоторая разность

потенциалов, представляющая собой фото-эдс или напряжение холостого хода UXX.
Напряжение UХХ< 0,7 В для диодов на основе кремния.

Фотодиод

170      Общий ток через переход      При этом

Слайд 191На основании соотношения для тока можно определить выходное напряжение.
171













UВЫХ

= φT ℓn (1 +

)

IФ – Iр-n

I0

Соотношение описывает ВАХ фотодиода

Фотодиод

На основании соотношения для тока можно определить выходное напряжение. 171UВЫХ = φT ℓn (1 +

Слайд 192 Вольт-амперные характеристики фотодиода
172

UПР
Uобр

I0
I
Ф=0



Ф*> 0




Ф** > Ф*
Ф –

интенсивность (мощность) светового потока.
Фотодиод

Вольт-амперные характеристики фотодиода172UПРUобрIФI0I Ф=0Ф*> 0• •Ф** > Ф*Ф – интенсивность (мощность) светового потока. Фотодиод

Слайд 193 Обычно фотодиод работает с внешним

источником напряжения
фотодиодный режим.
191

Ф



Е
+
-



Е = UН + UФД

Фотодиод

Обычно фотодиод работает с внешним     источником напряжения

Слайд 194фотодиодный режим
192
Е = UН + UФД


UОБР
Iобр
РТ
Ф=0

Ф > 0


UФД


Е
Е/RH


Фотодиод

фотодиодный режим192Е = UН + UФДIФUОБРIобрРТФ=0Ф > 0• •UФДЕЕ/RHUТIТФотодиод

Слайд 195 Работа фотодиода в генераторном режиме
193
Если к выводам

фотодиода подключить сопротивление, то потечет ток Iф = -Si·Ф.
R

n
+
Ф
(-)
+
Е





R
UПР

Ф>0

РТ
UФ=R∙IФ


UХХ
IКЗ


Фотодиод
Ф=0

Работа фотодиода в генераторном режиме  193 Если к выводам фотодиода подключить сопротивление, то потечет ток

Слайд 196 При R →∞ I = 0 имеем UХХ

– напряжение холостого хода, при R → 0 U

= 0 имеем IКЗ – режим короткого замыкания.
Условию 0 < R < ∞ соответствует положение рабочей точки, для которой определены IФ, UФ и мощность РФ = IФ∙UФ.

Максимальной мощности РФ соответствует оптимальная нагрузка, для которой UФопт ≈ 0.35 ÷ 0.45 В.

194

На сопротивлении выделится напряжение UФ=R∙IФ.

Фотодиод

При R →∞  I = 0  имеем UХХ – напряжение холостого хода,  при

Слайд 197 Таким образом фотодиод является: - приемником (датчиком) оптического излучения,

- прямым преобразователем энергии оптического излучения в энергию электрического

тока.

195

Основные параметры фотодиодов
Интегральная чувствительность Si = IФ/Ф,
Темновой ток IT,
диапазон длин волн принимаемого излучения.

Фотодиод

Таким образом фотодиод является:  - приемником (датчиком) оптического излучения,  - прямым преобразователем энергии оптического

Слайд 198ФД24К – фотодиод, разработка 24, разновидности К. Имеет интегральную чувствительность Si

= 0,25 мкА/люкс. Темновой ток составляет 10-2 ÷ 1 мкА
196
Обозначение фотодиодов
ФД
Фотодиод

ФД24К – фотодиод, разработка 24,  разновидности К. Имеет интегральную чувствительность  Si = 0,25 мкА/люкс. Темновой

Слайд 199197
Внешний вид фотодиодов
Фотодиод

197Внешний вид фотодиодовФотодиод

Слайд 200198
2.17 Светоизлучающие диоды (СИД)
Светодиод — это полупроводниковый прибор,

преобразующий энергию электрического тока непосредственно в энергию светового излучения.

По-английски светодиод называется light emitting diode, или LED.
При рекомбинации электронов и дырок в области p-n-перехода возникает излучение, если нарушается равновесное распределение электронов.
1982.17 Светоизлучающие диоды (СИД)  Светодиод — это полупроводниковый прибор, преобразующий энергию электрического тока непосредственно в энергию

Слайд 201 СИД излучения
199
Свободная зона.
Запрещенная зона.
Валентная зона.
Обычно

излучение является монохроматическим, т.к. ширина запрещенной зоны для конкретного материала

достаточно стабильна.
СИД излучения 199Свободная зона.Запрещенная зона.Валентная зона.   Обычно излучение является монохроматическим, т.к. ширина запрещенной зоны

Слайд 202200
Ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна

быть близка к энергии квантов света. От ширины запрещенной

зоны зависит частота излучения, чем она больше, тем выше частота. Излучение возникает уже при напряжении более одного вольта, что немногим более ширины запрещенной зоны.
200  Ширина запрещенной зоны в активной области светодиода должна быть близка к энергии квантов света.

Слайд 203201
Интенсивность излучения легко модулируется величиной тока «накачки» светодиода

и обладает малой инерционностью, составляющей 10-8 – 10-10 с.


Светодиод — низковольтный прибор.
Обычный светодиод, применяемый для индикации, потребляет от 2 до 4 В постоянного напряжения при токе до 50 мА.
Светодиод, который используется для освещения, потребляет такое же напряжение, но ток выше — от нескольких сотен мА до 1 А в проекте.

201  Интенсивность излучения легко модулируется величиной тока «накачки» светодиода и обладает малой инерционностью, составляющей 10-8 –

Слайд 204202
Одна из основных характеристик эффективности светодиода — внешний

квантовый выход.
Квантовый выход — это число излученных квантов света на

одну рекомбинировавшую электронно-дырочную пару. Различают внутренний и внешний квантовый выход. Внутренний — в самом p-n-переходе, внешний — для прибора в целом (свет может теряться «по дороге» — поглощаться, рассеиваться).
Внешний квантовый выход для красных светодиодов составляет 55%, а для синих — 35%.
202  Одна из основных характеристик эффективности светодиода — внешний квантовый выход.Квантовый выход — это число излученных

Слайд 205203
Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой

света, а также диаграммой направленности. Существующие светодиоды разных конструкций излучают

в телесном угле от 4 до 140 градусов.
Для сравнения эффективности светодиодов между собой и с другими источниками света используется параметр светоотдача:
величина светового потока на один ватт затраченной электрической мощности.

203  Яркость светодиода характеризуется световым потоком и осевой силой света, а также диаграммой направленности.  Существующие

Слайд 206204
Для производства светодиодов используются различные материалы. - Арсенид галлия

GaAs. - Фосфид галлия GaP и др. Для GaAs ∆ε

≈ 0,5 ÷ 2,5 эв, что соответствует длине волны от 6 до 0,5 мкм (инфракрасный диапазон).
204  Для производства светодиодов используются различные материалы. - Арсенид галлия GaAs. - Фосфид галлия GaP и

Слайд 208206
Инфракрасный светодиод

206Инфракрасный светодиод

Слайд 209207
Обозначение
АЛ106А – GaAs инфракрасного диапазона,
АЛ102Б – зеленого цвета,
КЛ104А –

светодиодные индикаторы (цифровые, буквенные).

207Обозначение АЛ106А – GaAs инфракрасного диапазона,АЛ102Б – зеленого цвета,КЛ104А – светодиодные индикаторы (цифровые, буквенные).

Слайд 210208
Полупроводниковые индикаторы
На основе светодиодов изготовляют индикаторы.
Различают индикаторы

точечные, предназначенные для отображения цветной световой точки,
и знаковые – для

отображения символов, цифр и букв.
208  Полупроводниковые индикаторы На основе светодиодов изготовляют индикаторы.Различают индикаторы точечные, предназначенные для отображения цветной световой точки,и

Слайд 211209
В знаковых индикаторах каждый диод представлен сегментом.

Из семи сегментов составляются цифры и часть букв.

Система управления (дешифратор)

209   В знаковых индикаторах каждый диод представлен сегментом. Из семи сегментов составляются цифры и часть

Слайд 212210

Большими возможностями обладают индикаторы в виде матриц точечных элементов.

Например, знаковый индикатор АЛС340А состоит из 35 точечных

элементов. Элементы расположены в 5 колонках и 7 рядах.






210Большими возможностями обладают индикаторы в виде матриц точечных элементов.    Например, знаковый индикатор АЛС340А состоит

Слайд 213211
Что такое светодиод? http://www.radiodetali.com/article/all/led-faq.htm

211Что такое светодиод?   http://www.radiodetali.com/article/all/led-faq.htm

Слайд 214212
Когерентное излучение

_

ε

При определенных условиях в полупроводнике существует система возбужденных и

невозбужденных уровней, находящихся в тепловом равновесии.
Путем сильного возбуждения электронов

они могут быть переведены в свободную зону.

∆ε – ширина запрещенной зоны

212Когерентное излучение_εhνПри определенных условиях в полупроводнике существует система возбужденных и невозбужденных уровней, находящихся в тепловом равновесии. Путем

Слайд 215213
Возбужденные электроны скапливаются возле дна свободной зоны, а дырки –

у потолка валентной зоны. Дополнительную энергию электроны получают оптическим излучением

или инжекцией через p-n-переход с помощью электрического тока.

213Возбужденные электроны скапливаются возле дна свободной зоны, а дырки – у потолка валентной зоны.  Дополнительную энергию

Слайд 216214
Если возбужденную систему облучить световым потоком с энергией

∆ε
то энергия не будет поглощаться. Если подводимая энергия больше энергии

ширины запрещенной зоны, то произойдет поглощение дополнительной энергии с последующим излучением.
214Если возбужденную систему облучить световым потоком с энергией hν < ∆ε то энергия не будет поглощаться. Если

Слайд 217215
Процесс взаимодействия кванта света с возбужденным электроном таков,

что фотоны возбуждения оказываются в фазе с квантами света, т.е.

излучение является когерентным. Для получения направленного пучка излучения используют световые резонаторы, систему зеркал, систему полированных поверхностей кристалла. В полупроводниковых оптических квантовых генераторах - лазерах дополнительная энергия электронам обеспечивается с помощью электрического тока.

215  Процесс взаимодействия кванта света с возбужденным электроном таков, что фотоны возбуждения оказываются в фазе с

Слайд 218194
В последнее время были разработаны полупроводниковые источники белого

излучения. В них использованы приборы, использующие гетеропереходы. Это такие переходы,

в которых р- и n-структуры имеют различную ширину запрещенной зоны. На их основе созданы преобразователи инфракрасного излучения в видимое.

194  В последнее время были разработаны полупроводниковые источники белого излучения.  В них использованы приборы, использующие

Слайд 219217

+U
- U
Ge n-
GaAs n-
GaAs p-
Обратно смещенный переход
Прямо смещенный

переход
Инфракрасное излучение λ = 1.5 мкм
Видимое

излучение λ = 0.9 мкм
217+U- UGe n-GaAs  n-GaAs  p-Обратно смещенный переходПрямо смещенный

Слайд 220218
Когерентное излучение

218Когерентное излучение

Слайд 2212.18 Диод с барьером Шоттки ДШ
Диод основан на структуре

n - n - M.
+

n
+
n
M
(-)
+ -
φ0

Работа выхода электрона из полупроводника
n-типа меньше, чем из металла.
Поэтому электроны из полупроводника переходят в металл и он заряжается отрицательно, появляется потенциальный барьер аналогичный структуре p-n-перехода.

M - Au

221

2.18 Диод с барьером Шоттки ДШДиод основан на  структуре n - n - M.+n+n M(-)+

Слайд 222Диод Шоттки

n
+
n
M
(-)
+ -
φо
Из-за резкого различия

концентраций свободных электронов инжекция неосновных носителей в базу отсутствует.

При прямом включении высота барьера уменьшается, число электронов увеличивается, увеличивается прямой ток.
При обратном включении число электронов уменьшается уменьшается и ток.

222


Диод Шотткиn+n M(-)+  -φо   Из-за резкого различия концентраций свободных электронов инжекция неосновных носителей в

Слайд 223ДШ
3И401А
222
Uпр
В
Iпр
0,2 0,5 0,7
Ge

ДШ Si

ДШ3И401А 222UпрВIпр0,2   0,5  0,7Ge    ДШ   Si

Слайд 224 Преимущества ДШ.
Малая инерционность, нет процессов накопления

и рассасывания зарядов.
Малое сопротивление базы rб.
Хорошая теплопроводность –

один из электродов – металл.
Малые шумы прибора нет процессов рекомбинации.

ДШ

3И401А

223

Преимущества ДШ. Малая инерционность, нет процессов накопления и рассасывания зарядов. Малое сопротивление базы rб.

Слайд 2252.17 Классификация и система обозначений диодов
Система обозначений полупроводниковых

диодов установлена отраслевым стандартом ОСТ 11336.919-81.
В основу

системы обозначений положен буквенно-цифровой код.


223

2.17 Классификация и система обозначений диодов  Система обозначений полупроводниковых диодов установлена отраслевым стандартом  ОСТ 11336.919-81.

Слайд 226Классификация и система обозначений диодов
Диоды классифицируются по:
исходному 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.

224

Классификация и система обозначений диодовДиоды классифицируются по: исходному полупроводниковому материалу. назначению. физическим свойствам. электрическим параметрам. конструктивно-технологическим признакам.

Слайд 2272-й элемент – буква – подкласс прибора:
Д - диоды

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

– стабилитроны,
А – СВЧ диоды,
В – варикапы,
И – туннельные диоды,
Л – излучающие оптоэлектрические приборы,
О – оптроны.

227

2-й элемент – буква – подкласс прибора: Д - диоды выпрямительные универсальные приборы, Ц – выпрямительные столбы

Слайд 228 3-й элемент – число – отражающее основные

функциональные возможности прибора:
1 - диоды выпрямительные IСР < 0.3

A,
2 – выпрямительные IСР < 10 A,
4 – импульсные,
4-й и 5-й элементы – порядковый номер разработки.
6-й – особенности диода в данной серии.
дополнительный – буква
С – сборка диодов в одном корпусе,
цифра – обозначение конструкции выводов.

228

3-й элемент – число – отражающее основные функциональные возможности прибора: 1 - диоды выпрямительные

Слайд 229Классификация и система обозначений диодов
2 Д 2 0 4 В
особенности

диода
порядковый номер разработки.
выпрямительный IСР < 10 A
подкласс прибора - диод
исходный

материал - Si

2 C 1 5 6 A

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

229

Классификация и система обозначений диодов2 Д 2 0 4 Вособенности диодапорядковый номер разработки.выпрямительный IСР < 10 Aподкласс

Слайд 230Диодная сборка

Диодная сборка

Слайд 231Электроника
Тема 3. Биполярные транзисторы
Литература
1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для

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


2. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб.пособие. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000 г.


231

Электроника Тема 3. Биполярные транзисторыЛитература1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов.  /О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.:

Слайд 2323.1 Общие положения
Транзисторы
Транзистор - полупроводниковый прибор, позволяющий усиливать

мощность электрических сигналов.
Подразделяются на биполярные и

полевые.







транзисторы

биполярные

полевые

n-p-n

p-n-p

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

232

3.1 Общие положенияТранзисторы  Транзистор - полупроводниковый прибор, позволяющий усиливать мощность электрических сигналов.  Подразделяются на

Слайд 233Биполярные транзисторы (далее транзисторы)
3.2 Физические процессы в транзисторе

233
Биполярный транзистор представляет собой

систему двух взаимодействующих р-n-переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются

носителями зарядов обоих знаков – основными и неосновными.
В зависимости от чередования р- и n-областей различают транзисторы n-p-n типа и p-n-p типа.
Биполярные транзисторы (далее транзисторы)3.2 Физические процессы в транзисторе233Биполярный транзистор представляет собой систему двух взаимодействующих р-n-переходов. В биполярном

Слайд 234 Одна из крайних областей имеет более высокую степень

легирования примесями и меньшую площадь. Её называют эмиттером. Другую крайнюю

область называют коллектором. Среднюю область транзистора называют базой. Переход, образованный эмиттером и базой, называют эмиттерным переходом, а переход, образованный коллектором и базой, – коллекторным переходом.

234

Транзисторы


n

+

p

n

-
-

+

Э Б К

-
-

-
-

(+)

Коллектор

Эмиттер

Одна из крайних областей имеет более высокую степень легирования примесями и меньшую площадь. Её называют

Слайд 235Эмиттер имеет самую высокую концентрацию примесей. Концентрация примесей в коллекторе

на 5 – 6 порядков меньше.
Концентрация примесей в базе еще

на 5 – 6 порядков меньше. Толщина базы меньше длины свободного пробега электронов.
Эмиттер имеет самую высокую концентрацию примесей.  Концентрация примесей в коллекторе на 5 – 6 порядков меньше.Концентрация

Слайд 237Модель транзистора типа n-p-n

n
+
p
n
-
-
+
Э

Б К
-
-
-
-
(+)


─ Uбэ

+

─ Uбк +




236

Модель транзистора типа n-p-n n+p n--+Э     Б

Слайд 238 Включим внешние источники напряжения Uэб и Uбэ так, что

эмиттерный переход транзистора сместится в прямом направлении, а коллекторный –

в обратном. При этом будет происходить инжекция электронов из эмиттера в базу. Под воздействием градиента концентрации инжектированные электроны будут двигаться по направлению к коллектору.
Часть электронов рекомбинирует в базе.

236

Транзисторы

Включим внешние источники напряжения Uэб и Uбэ так, что эмиттерный переход транзистора сместится в прямом направлении,

Слайд 239Поскольку база относительно тонкая, то основная часть электронов пролетает базу и

оказывается на границе перехода Б-К.
Но электрическое поле

перехода Б-К для электронов включено согласно и электроны втягиваются полем в структуру коллектора.

236

Транзисторы

Поскольку база относительно тонкая, то основная часть электронов пролетает базу и оказывается на границе перехода Б-К.

Слайд 240 Таким образом, электроны выходят из эмиттера под

действием диффузионных сил, а втягиваются в коллектор под действием сил

электрического поля.
В результате рассмотренных процессов нарушается равновесное состояние зарядов всех структур.
Равновесное состояние зарядов должно восстановиться за счет носителей внешних источников.

237

Таким образом, электроны выходят из эмиттера под действием диффузионных сил,  а втягиваются в

Слайд 241Ушедшие из эмиттера электроны восполняются электронами источника Uэб, пришедшие в

коллектор электроны компенсируются дырками источника Uбк,
рекомбинировавшие дырки базы –

дырками источника Uэб.
В результате во внешних цепях потекут токи
Iэ, Iк, Iб.
По закону Кирхгофа

Iэ = Iк + Iб.

240

Транзисторы

Ушедшие из эмиттера электроны восполняются электронами источника Uэб,  пришедшие в коллектор электроны компенсируются дырками источника Uбк,

Слайд 242 Iэ = Iк + Iб.
Работу

транзистора характеризуют параметром α

α =

- Параметр

называется коэффициент передачи тока эмиттера.

242

Iэ = Iк + Iб.   Работу транзистора характеризуют параметром α Iк α = Iэ

Слайд 243 Кроме основных носителей в коллекторе имеются неосновные носители

- дырки. Для них поле коллектора включено согласно и они

начнут переходить в базу также нарушая равновесное состояние коллектора и базы.
Равновесие восстанавливается приходом дырок от источника Uбк, создавая ток Iкб .
Таким образом, в коллектор втекает ток IК и .
В базу втекает ток Iб и .

о

243

Транзисторы

Кроме основных носителей в коллекторе имеются неосновные носители - дырки.  Для них поле коллектора

Слайд 244Ток коллектора можно записать

IК = α·IЭ +


Iкб

о

Коэффициент α имеет величину 0,95 ÷ 0,99,
т.е. весьма близкую к единице.
Ток Iк >> , поэтому в большинстве случаев обратный ток коллектора
можно не учитывать.

244

о

Iкб


n

+

p

n

-
-

+

Э Б К

-
-

-
-

(+)



Ток коллектора можно записать            IК =

Слайд 245 Свойства транзистора описывают с помощью характеристик.
Для их

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

P-n- переходы представим в виде двух диодов, подключенных к источникам напряжения.

3.3 Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ)

245

Свойства транзистора описывают с помощью характеристик. Для их получения воспользуемся моделью транзистора на постоянном токе

Слайд 246Модель Молла-Эберса.
246



Uбк
+

Uэб

+
Э
К
Б
ОБ
Модель позволяет получить

ВАХ.

Модель Молла-Эберса.    246IбIэIкUбк+─ Uэб─+ЭКБОБ  Модель позволяет получить ВАХ.

Слайд 247 Транзистор, имеющий входную и выходную цепи, можно рассматривать как

четырехполюсник. Так как у транзистора всего три вывода, то один

из выводов неизбежно должен быть общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим, различают три схемы включения транзистора:
с общей базой (ОБ);
с общим эмиттером (ОЭ);
с общим коллектором (ОК).

247

Транзистор, имеющий входную и выходную цепи, можно рассматривать как четырехполюсник. Так как у транзистора всего три

Слайд 248 Наибольшее распространение в схемотехнике получила схема ОЭ.
247
Транзисторы
∆UВХ=∆UБЭ
∆IВХ=∆IБ
∆UВЫХ=∆UКЭ
∆IВЫХ=∆IK

Наибольшее распространение в схемотехнике получила схема ОЭ. 247Транзисторы∆UВХ=∆UБЭ∆IВХ=∆IБ∆UВЫХ=∆UКЭ∆IВЫХ=∆IK

Слайд 249 Основными статическими вольт-амперными характеристиками биполярного транзистора являются

входные и выходные характеристики.
Входные характеристики - зависимость входного

тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении, являющимся параметром.
Iэ = ƒ(Uэб,Uкб) Выходные характеристики - зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе, являющимся параметром.
Iк = ƒ(Uкб,Iэ) Характеристики, полученные при разных значениях параметра, образуют семейство характеристик.

249

Транзисторы

Основными статическими вольт-амперными характеристиками биполярного транзистора являются входные и выходные характеристики.  Входные характеристики

Слайд 250При проведении расчетов схем на транзисторах часто используется проходная характеристика

Iк = ƒ(Iб)




В =
∆Iк
∆Iб


∆Iб

∆Iк


При проведении расчетов схем на транзисторах часто используется  проходная характеристика   Iк = ƒ(Iб)Iк IбВ

Слайд 251 Переход К-Б включен в обратном направлении, чему соответствует

обратная ветвь p-n-перехода.
Наряду с этим

,

Коллекторная характеристика Iк = ƒ(Uкб,Iэ) для схемы включения ОБ

Iк = α·Iэ

α ≤ 1









Uкб

Iэ = 0

> > > 0


Пробой


Нормальный
активный режим

251

Переход К-Б включен в обратном направлении, чему соответствует обратная ветвь p-n-перехода.Наряду с этим

Слайд 252Входная характеристика Iэ = ƒ(Uэб,Uкб)
Переход Э-Б включен в

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



Uэб



Uкб >

0
20 C

Uкб = 0

t=60 C

o

o

252

Входная характеристика Iэ = ƒ(Uэб,Uкб)  Переход Э-Б включен в прямом направлении, чему соответствует пряма ветвь p-n-перехода.Iэ

Слайд 2533.4 ВАХ схемы включения общий эмиттер (ОЭ)
В

этом случае эмиттер является общим как для входной цепи так

и для выходной.


К
Б
Э




Uкэ


+

Uбэ


+

Iб – управляющий ток,

IК – управляемый ток.

IЭ = IК + Iб

253

3.4 ВАХ схемы включения общий эмиттер (ОЭ)   В этом случае эмиттер является общим как для

Слайд 254 Определим ток коллектора применительно к схеме ОЭ.

= 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

- сквозной ток транзистора

В – статический коэффициент передачи тока базы

Определим ток коллектора применительно к схеме ОЭ.Iэ = Iк + Iб.IК = α·IЭ +

Слайд 255
Ток



Если α =

0,99, то В ≈ 100.

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

Транзисторы

IК = В·Iб +

Ток

Слайд 256ВАХ схемы общий эмиттер
Коллекторные характеристики Iк = ƒ(Uкэ,Iб)
ток базы является

параметром.





Uкэ
Iб = 0




> >
Рк.доп

= В·Iб

255

ВАХ схемы общий эмиттерКоллекторные характеристики Iк = ƒ(Uкэ,Iб)ток базы является параметром. IК Uкэ Iб = 0Iб ″>

Слайд 257

Iк мА
Uкэ В
5 10

15
+
*
Iб = 40 μА
В =


∆Iк

∆Uк

+

+

Iб = 20 μА

Iб = 20 μА


∆Iк

∆Iб

rк =

В

мА

= кОм

*

Iк мА Uкэ В 5     10    15+ *Iб = 40

Слайд 258ВАХ схемы общий эмиттер
Коллекторные характеристики Iк = ƒ(Uкэ,Iб)
253





мА

IК,
5
UКЭ, В
0
10
8
6
2
4
IБ = 0
15
10
IБ = 100 мкА
IБ = 200

мкА

IБ = 50 мкА

IБ = 150 мкА

ВАХ схемы общий эмиттерКоллекторные характеристики Iк = ƒ(Uкэ,Iб) 253мА  IК, 5UКЭ, В0108624IБ = 01510IБ = 100

Слайд 259Входная характеристика Iб = ƒ(Uбэ,Uкэ)
Переход Б - Э

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



Uбэ





Uкэ = 0

Uкэ > 0
20 C

t=60 C

o

o

∆Uбэ

∆Iб

Iб2

Iб1

∆Iб = (

Iб2

Iб1)

259

Входная характеристика Iб = ƒ(Uбэ,Uкэ)  Переход Б - Э включен в прямом направлении, чему соответствует пряма

Слайд 260Входная характеристика Iб = ƒ(Uбэ,Uкэ)
260



В UБЭ
мА IБ
0
0,2
0,1
0,6
0,4
0,8
0,4

0,3
UКЭ = 1 В
UКЭ = 0 В
UКЭ = 5 В

Входная характеристика Iб = ƒ(Uбэ,Uкэ)260В UБЭмА  IБ0 0,2 0,10,60,40,80,4 0,3UКЭ = 1 ВUКЭ = 0 ВUКЭ

Слайд 261Параметры транзистора
α - статический коэффициент передачи тока эмиттера,
α =

дифференциальное сопротивление цепи базы,
В - статический коэффициент

передачи тока базы,

В =

В + 1

В

- дифференциальное сопротивление цепи коллектора для схемы включения ОЭ,

261

*

Параметры транзистораα - статический коэффициент передачи тока эмиттера,α = дифференциальное сопротивление    цепи базы, В

Слайд 262Параметры транзистора
- сквозной ток транзистора в схеме ОЭ,
Мощность рассеяния

Рк = < Рк.доп



·

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

262

Параметры транзистора- сквозной ток транзистора в схеме ОЭ, Мощность рассеяния Рк =

Слайд 263 Биполярные транзисторы
Литература
1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов.

/О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая школа, 2004.
263

Биполярные транзисторыЛитература1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов.  /О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.: Высшая

Слайд 2643.5 Инерционные свойства транзисторов
При быстром изменении сигнала начинают

проявляться инерционные свойства транзисторов.
Причины:
конечная и различная

скорость (энергия) носителей зарядов,
конечная толщина базы,
процессы насыщения и рекомбинации.
Эти причины ограничивают частотные свойства транзисторов.

264

3.5 Инерционные свойства транзисторов  При быстром изменении сигнала начинают проявляться инерционные свойства транзисторов.  Причины: конечная

Слайд 265
Подадим во входную цепь транзистора – цепь базы

скачок тока Из-за указанных причин ток

коллектора начнет возрастать не сразу, а с некоторой задержкой.
Нарастание тока коллектора происходит по экспоненциальному закону, который характеризуется постоянной времени
τ (читается тау).

∆Iб.

265

Подадим во входную цепь транзистора – цепь базы скачок тока     Из-за

Слайд 266Нарастание тока коллектора происходит в течение времени tф.


∆Iб


∆IК = В·∆Iб

∆IК=В∆Iб


0,9·∆Iк

0,63∆Iк

τ



tф -

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

0,9·∆Iк

t

Нарастание тока коллектора происходит в течение времени tф.Iк Iб ∆Iб ∆IК = В·∆Iб

Слайд 267ω
Появление затягивания фронта свидетельствует о том, что

коэффициенты и В зависят от времени (частоты).
Эту

зависимость характеризуют постоянной времени коэффициента В .

α

τв

267

В(ω)


ωгр


В=1

В/√2

ω1

ω   Появление затягивания фронта свидетельствует о том, что коэффициенты  и В зависят от времени

Слайд 268ω
Для RC – цепи
τ =
267
К(ω)



ωгр

Кmax/√2

R
С
UВЫХ
UВХ
UВЫХ
UВХ
К =
3 Дб

ω   Для RC – цепи τ = 267К(ω) ωгрКmax/√2 RС  UВЫХUВХUВЫХUВХК =3 Дб

Слайд 269 Частотные параметры 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

268

Частотные параметры транзисторов: граничная частота ƒГР (ωгр) – частота, на которой коэффициент В уменьшается в

Слайд 2703.6 Шумы транзистора
При работе транзистора возникают шумы.
Шум –

хаотическое изменение тока коллектора под действием внутренних и внешних факторов.

Шумы обусловлены:
дробовый шум - дискретность носителей зарядов,
тепловой шум,
поверхностные явления у p-n-переходов,
рекомбинационные шумы.

269

3.6 Шумы транзистора  При работе транзистора возникают шумы.Шум – хаотическое изменение тока коллектора под действием внутренних

Слайд 271Шумы транзистора
Величину шума оценивают коэффициентом
шума КШ.
КШ = UШ/UШ0

или Кш[дБ] = 10lg Кш
UШ – напряжение,

которое необходимо подвести во входную цепь «нешумящего» транзистора для получения в выходной цепи напряжения, равного напряжению шумов.
Uшо – напряжение тепловых шумов источника сигнала, подключенного ко входу транзистора.
Шумы ограничивают минимальное значение входных сигналов.

270

Шумы транзистораВеличину шума оценивают коэффициентом шума  КШ.КШ = UШ/UШ0  или Кш[дБ] = 10lg Кш

Слайд 2723.7 Влияние изменения температуры на ВАХ
Токи в транзисторе

сильно зависят от изменения температуры.
- Ток

удваивается при изменении температуры на каждые 8 -10 градусов.

- 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.

271

3.7 Влияние изменения температуры на ВАХ  Токи в транзисторе сильно зависят от изменения температуры.- Ток

Слайд 273Влияние температуры





Uкэ
Iб = 0


ºС
ºС
Iб μА
Uбэ


Uкэ

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

базы, то напряжение Uбэ с повышением температуры уменьшается.
Если зафиксировано напряжение Uбэ, то увеличивается ток базы с повышением температуры.

Iк.доп

Влияние температурыIК Uкэ Iб = 0ºСºС Iб μА Uбэ Uкэ > 020 Ct=60 CooIб2 Iб1

Слайд 274Предельные режимы





UКЭ
Iб = 0


ºС
ºС
Рк.доп

.
Iк.доп


Uкэ.доп
Область насыщения
Область отсечки
Uкэ.доп

Предельные режимыIК UКЭ Iб = 0ºСºС Рк.доп  . Iк.доп Uкэ.доп Область насыщенияОбласть отсечкиUкэ.доп

Слайд 275По температуре. Для Si – 100 – 120 ºC. Для приборов

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

Iк.доп возможен перегрев.
По напряжению Uкэ.доп возможен пробой.
По рассеиваемой мощности РК = IК·UК ≤ Рк.доп.
Рабочая область.
Н – область насыщения.
О – область отсечки коллекторного тока.
| B(j·ω)| = 1.

3.8 Предельные режимы работы транзистора

274

По температуре. Для Si – 100 – 120 ºC. Для приборов на основе GaAs рабочая температура может

Слайд 276 В основу системы положен буквенно-цифровой код.
1-й

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

его соединения,
А или 3 – соединения галлия,
И или 4 – соединения индия.
Буквенные символы присваиваются приборам общего применения.
Числовые - приборам специального применения.

3.9 Классификация и система обозначений

275

В основу системы положен буквенно-цифровой код.  1-й элемент:Г или 1 – германий,К или 2

Слайд 277 В основу системы положен буквенно-цифровой код.

2-й элемент:
Т – подкласс прибора – транзистор биполярный.

Классификация и система обозначений

275

В основу системы положен буквенно-цифровой код.

Слайд 2783-й элемент классификации - мощность рассеяния и граничная частота.

Классификация и

система обозначений
граничная частота мГц
до 3 до 30

> 30 до 300 > 300

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

276

3-й элемент классификации -  мощность рассеяния и граничная частота.Классификация и система обозначенийграничная частота мГц до 3

Слайд 279Классификация и система обозначений
4-й элемент – классификационный литер – буква.

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

– бескорпусные транзисторы.

277

Классификация и система обозначений4-й элемент – классификационный литер – буква.   Дополнительные знаки:С – сборки транзисторов

Слайд 280 2 Т

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

Номер разработки в серии

Мощность Рк < 0,3 Вт
высокочастотный

КТ3102А - граничная частота до 300 мГц.

278

300 – серия.

2 Т 3 01 АКлассификация и система обозначенийКремниевыйТранзистор

Слайд 281 К Т

9 37 А − 2
Классификация и система обозначений
Кремниевый
Транзистор
Разновидность в

серии

Номер разработки в серии 37

Мощность > 3 Вт высокочастотный

бескорпусной, с гибкими выводами на кристаллодержателе.

279

К Т 9 37 А − 2Классификация и система

Слайд 282система обозначений

Б
К
Э
Положительный ток
Транзистор типа n-p-n
“обратный”

Б
К
Э
Положительный ток
Транзистор типа p-n-p
“прямой”
Вывод от корпуса
Допускается

окружность не рисовать.
Изображение транзистора можно поворачивать на

90º
в любом направлении.
Внешний вывод коллектора и эмиттера можно изображать так как показано или повернуть на 90º.

279

Коллектор соединен с корпусом

система обозначенийБКЭПоложительный токТранзистор типа n-p-n“обратный”БКЭПоложительный токТранзистор типа p-n-p“прямой”Вывод от корпусаДопускается окружность не рисовать.   Изображение транзистора

Слайд 283система обозначений

Б
К
Э
A
Транзистор типа n-p-n
60
280
D

0.5A
A
A 9

11
D 12 14

система обозначенийБКЭAТранзистор типа n-p-n60280D0.5AAA   9    11D   12   14

Слайд 284система обозначений
Транзистор типа n-p-n
281
система обозначений
Россия

Motorol 1

National 2
2Т312А Q2N3500 PN5132
система обозначенийТранзистор типа n-p-n281система обозначенийРоссия          Motorol 1

Слайд 285Транзисторы
123

Транзисторы123

Слайд 289Лекция 10
Биполярные транзисторы
3.10 Эквивалентные схемы замещения транзисторов

289

Эквивалентные схемы (модели) необходимы для проведения анализа и синтеза электро-

и радиотехнических схем
Лекция 10  Биполярные транзисторы3.10 Эквивалентные схемы замещения транзисторов289  Эквивалентные схемы (модели) необходимы для проведения анализа

Слайд 290Эквивалентные схемы замещения транзисторов

290
Рассматриваемые далее эквивалентные схемы можно использовать

при условии:
транзистор работает в линейном режиме,
изменения токов

и напряжений малы по амплитуде,
нелинейные ВАХ можно заменить линейными,
параметры транзистора в общем случае являются дифференциальными.
Эквивалентные схемы замещения транзисторов290 Рассматриваемые далее эквивалентные схемы можно использовать при условии: транзистор работает в линейном режиме,

Слайд 291
Используют:
- физическую Т-образную эквивалентную схему,
формальную модель:
в h-параметрах,
в Z-параметрах,
в R-параметрах.
291

Используют:- физическую Т-образную эквивалентную схему,формальную модель: в h-параметрах,в Z-параметрах,в R-параметрах.291

Слайд 292нелинейные ВАХ можно заменить линейными
292


UКЭ
Iб = 0

∆UКЭ
UКЭ
UКЭ


∆UКЭ

нелинейные ВАХ можно заменить линейными292UКЭ Iб = 0Iб∆UКЭ UКЭ UКЭ ∆UКЭ

Слайд 293 Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий

эмиттер (ОЭ).
Физическая Т-образная эквивалентная схема
Uкэ


К
Б

Э



+
Uбэ

+
º
Установим в центре

базы теоретическую точку.
Между точкой и выводом базы имеется распределенное объемное сопротивление базы. Обозначим его символом rб.

293



-

Б

º



Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий эмиттер  (ОЭ).Физическая Т-образная эквивалентная схемаUкэ─КБЭIбIкIэ+Uбэ─+º

Слайд 294 Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий

эмиттер.
Uкэ


К
Б

Э



+
Uбэ

+
º
Между точкой и выводом эмиттера имеется p-n-переход, характеризующийся дифференциальным сопротивлением

rЭ.

294



Б

º




Э


Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий эмиттер.Uкэ─КБЭIбIкIэ+Uбэ─+ºМежду точкой и выводом эмиттера имеется p-n-переход,

Слайд 295 Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий

эмиттер.


К
Б

Э



+
Uбэ

+
º
Между точкой и выводом коллектора имеется
p-n-переход, характеризующийся дифференциальным сопротивлением

rК.


295


*

*

*

rК* - дифференциальное сопротивление коллекторной цепи в схеме ОЭ

Б

º




Э



*

К


Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий эмиттер.─КБЭIбIкIэ+Uбэ─+ºМежду точкой и выводом коллектора имеется p-n-переход,

Слайд 296IЭ = IК + Iб
IК = В·Iб +


Ток коллектора протекает также по

сопротивлению
учтем этот ток.

+





В·Iб







UКЭ

Uбэ

К

Б

Э

296



IЭ = IК + IбIК = В·Iб +        Ток коллектора

Слайд 297 Эквивалентная схема составлена для постоянного тока.
Схему можно распространить

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

и напряжения много меньше величины постоянной составляющей,


нелинейные ВАХ считаем линейными.

∆IК << IК

, ∆UК << UК

Эквивалентная схема составлена для постоянного тока.Схему можно распространить и для переменного тока, приняв допущения: амплитуда

Слайд 298- барьерная емкость коллекторного перехода
при включении транзистора по схеме ОЭ.


Uбэ

Uкэ > 0
Iб2
Iб1
∆Iб=(Iб2-Iб1)
∆Uбэ=(Uбэ2-Uбэ1)
Uбэ2
∆Iб

Iб2

∆Uбэ << Uбэ2

- барьерная емкость коллекторного переходапри включении транзистора по схеме ОЭ.Iб Uбэ Uкэ > 0Iб2 Iб1 ∆Iб=(Iб2-Iб1) ∆Uбэ=(Uбэ2-Uбэ1)

Слайд 299 - дифференциальное сопротивление перехода Э-Б, включенного

в прямом направлении.

φТ – температурный потенциал p-n-перехода.
При температуре 20 ºС

= 0,025В или 25мВ.

φт

Если задан ток эмиттера Iэ = 1 мА, то

rэ = 25 Ом.

299

- дифференциальное сопротивление перехода Э-Б, включенного в прямом направлении.rЭφТ – температурный потенциал p-n-перехода.При

Слайд 300 Наличие в схеме реактивного элемента в виде емкости

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

генераторами тока, обеспечивая ток коллектора.

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

Iкэ

о

300

Наличие в схеме реактивного элемента в виде емкости говорит о том, что в общем виде

Слайд 301Поэтому во многих случаях анализа схем используют простое соотношение.
301
Ток

также можно не учитывать, т.к.
сопротивление rK

относительно большое.

IК = В·Iб

Поэтому во многих случаях анализа схем используют простое соотношение.301Ток     также можно не учитывать,

Слайд 302Параметры эквивалентной схемы:


rэ,

Таким образом, получена

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

применимы все законы электротехники, позволяющие проводить анализ и синтез цепей.

302

Параметры эквивалентной схемы: rэ, rб  Таким образом, получена обычная электротехническая цепь, состоящая из пассивных и активных

Слайд 303Генератор тока В·Iб можно заменить генератором напряжения на основании теоремы

об эквивалентном генераторе.
Тогда в схеме останутся генераторы напряжений.
Недостаток модели

состоит в том, что
r-параметры можно получить
только теоретически, расчетным путем.

303

Генератор тока В·Iб можно заменить генератором напряжения на основании теоремы об эквивалентном генераторе. Тогда в схеме останутся

Слайд 304Схема включения транзистора ОБ
физическая Т-образная эквивалентная схема
IК = α·IЭ +



Uкб
+
Ток эмиттера

является управляющим,
ток коллектора – управляемым.





α·Iэ








Uкб

Uэб

К

Б

Э

304

Схема включения транзистора ОБфизическая Т-образная эквивалентная схемаIК = α·IЭ +      rк

Слайд 305Эквивалентные схемы замещения транзисторов
3.11 Транзистор как линейный четырехполюсник
Формальная модель


Недостаток физической схемы состоит в том, что r-параметры можно получить

только теоретически, расчетным путем.

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

305

Лекция 11

Эквивалентные схемы замещения транзисторов3.11 Транзистор как линейный четырехполюсник Формальная модель Недостаток физической схемы состоит в том, что

Слайд 306Транзистор как линейный четырехполюсник
306





Uкэ
Iб = 0


Линейный режим

работы транзистора
Uкэ.доп
Область насыщения
Область отсечки
Рк.доп
РТ ●

Транзистор как линейный четырехполюсник 306Iк Uкэ Iб = 0Линейный режим работы транзистора Uкэ.доп Область насыщенияОбласть отсечкиРк.доп РТ

Слайд 307Транзистор как линейный четырехполюсник
Наибольшее распространение получила система

в h-параметрах (комбинированная система). Наибольшее применение в схемотехнике получила схема

включения транзистора ОЭ. Поэтому рассмотрим параметры применительно к такой схеме включения.

307


о

о

о

о

Э

о

U1

I1

I2

U2

Транзистор как линейный четырехполюсник  Наибольшее распространение получила система в h-параметрах (комбинированная система).  Наибольшее применение в

Слайд 308Транзистор как линейный четырехполюсник
U1 = ƒ (I1,U2)
I2 = ƒ

(I1,U2)
Рассмотрим систему уравнений. В общем виде уравнения системы нелинейные.

Учитывая введенные ранее ограничения, уравнения будем считать линейными.

ƒ – функциональная зависимость.

308


Транзистор как линейный четырехполюсник U1 = ƒ (I1,U2)I2 = ƒ (I1,U2)Рассмотрим систему уравнений.  В общем виде

Слайд 309 Представим четырехполюсник в виде системы линейных дифференциальных уравнений.

Полный дифференциал можем заменить частным дифференциалом. От частного дифференциала по

определению можно перейти к приращению ∆. От приращений согласно договоренностей перейдем к переменным токам и напряжениям малой амплитуды в частности синусоидальной формы.

309

Представим четырехполюсник в виде системы линейных дифференциальных уравнений. Полный дифференциал можем заменить частным дифференциалом. От

Слайд 310310
U1 =
∙U2
∙U2
I2 =
∙I1 +
∙I1 +
Учитывая

принятые ограничения, запишем

Рассмотрим первое уравнение
U1 =
∙U2
∙I1 +


Примем, что U2 = 0, - режим короткого замыкания на выходе (КЗ).

310U1 = ∙U2∙U2I2 =∙I1 + ∙I1 +  Учитывая принятые ограничения, запишем  Рассмотрим первое уравнениеU1 =

Слайд 311 при этом
∆I1
∆U1
= h11 [Ом]
= h12
- Входное сопротивление.
∆U1
∆U2
Коэффициент

внутренней обратной связи. Коэффициент не имеет размерности.
311
U2=0
Примем, что I1

= 0, - режим холостого хода на входе (ХХ).

I1=0

при этом ∆I1∆U1= h11 [Ом]= h12- Входное сопротивление.∆U1∆U2Коэффициент внутренней обратной связи.  Коэффициент не имеет

Слайд 312 Рассмотрим второе уравнение.
∆I2
∆I1
= h21
Коэффициент передачи по току
Выходная проводимость
(выходное

сопротивление). Размерность (Сименс).
312
∙U2
I2 =
∙I1 +
Примем, что U2 =

0, - режим КЗ на выходе.

U2=0

= h22

∆I2

∆U2

Примем, что I1 = 0, - режим ХХ на входе.

I1=0

Рассмотрим второе уравнение.∆I2∆I1= h21Коэффициент передачи по токуВыходная проводимость(выходное сопротивление). Размерность (Сименс).312∙U2I2 =∙I1 +  Примем,

Слайд 313 Введем параметры.
∆I2
∆I1
∆U1
h11
h12
∆U2
h21
h22
313

Введем параметры.∆I2∆I1∆U1h11h12∆U2h21h22313

Слайд 314Примем, что токи и напряжения малой амплитуды переменного тока.

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

+ h22·U2

На основании системы уравнений составим электрическую схему четырехполюсника.

U1

I1




~

h11

h12·U2

h21·I1



h22 U2

I2

314

Примем, что токи и напряжения малой амплитуды переменного тока.  Запишем систему уравнений четырехполюсникаU1 = h11·I1 +

Слайд 315 Напряжение генератора
Упростим электрическую схему четырехполюсника
h12·U2

Поэтому во многих случаях анализа схемы напряжением генератора можно пренебречь.


UВХ

IВХ


h11

h21·IВХ



h22 UВЫХ

IВЫХ

Сменим индексы токов и напряжений

315

Напряжение генератора Упростим электрическую схему четырехполюсникаh12·U2

Слайд 316 Найдем связь между h- и r-параметрами
316




В·Iб





UКЭ
Uбэ
К
Б
Э
При анализе и синтезе электронных схем

приходится оперировать как h- так и r-параметрами.
Найдем связь между h- и r-параметрами 316В·Iб rбrЭIЭ IК IбUКЭ Uбэ КБЭ При анализе и

Слайд 317 Входное сопротивление биполярного транзистора

Uвх = Uбэ
Iвх = Iб
Uвх
Iвх

h11




Iвх =


h11 =
rб +
(В+1)·rэ
По сопротивлению rЭ течет ток эмиттера и

базы.
Ток эмиттера в (В+1) раз больше тока базы.


317



Входное сопротивление биполярного транзистораUвх = UбэIвх = IбUвхIвхh11rбrэIвх = Iбh11 = rб +(В+1)·rэПо сопротивлению rЭ течет

Слайд 318 Коэффициент передачи по току для схемы включения ОЭ


318
h21·IВХ


h22
IВЫХ



В·Iб


Э

Принимая во внимание, что rЭ

rK, изменим схему



В·Iб


Коэффициент передачи по току для схемы включения ОЭ 318h21·IВХh22  IВЫХВ·Iб rЭIК ЭПринимая во внимание,

Слайд 319h21 = В,
э
где В – статический коэффициент передачи

тока базы.
h21 = α,
б
где α – статический коэффициент

передачи тока эмиттера.

319


h21  = В, эгде В – статический коэффициент передачи тока базы.h21  = α, бгде α

Слайд 320320
h21·IВХ


h22
IВЫХ
h22 =
э
1

*
- дифференциальное сопротивление

коллекторной цепи транзистора


В·Iб


320h21·IВХh22  IВЫХh22  = э1rк*- дифференциальное сопротивление    коллекторной цепи транзистораВ·Iб IК

Слайд 321связь между параметрами
h21 = В,
э
h21 =

α,
б
h22 =
э
1

*
321
h11 =
rб +
(В+1)·rэ
h12

=

э



*

(В+1)

- Входное сопротивление

связь между параметрами h21  = В, эh21  = α, бh22  = э1rк*321h11 = rб

Слайд 322Способы получения h- параметров
h-параметры можно получить экспериментально:
прямым измерением,

с помощью вольт-амперных характеристик.
322

Способы получения h- параметров h-параметры можно получить экспериментально: прямым измерением, с помощью вольт-амперных характеристик.322

Слайд 323Способы получения h- параметров
с помощью вольт-амперных характеристик.
UКЭ = 5В
323
Uкэ

= 0В
∆Iб =
(0,4-0,2)=0,2 мА
∆Uбэ
∆Uбэ

∆Uкэ = (5В – 0В)=




В UБЭ

мА IБ

0

0,2

0,1

0,6

0,5

1,0

0,4

0,3

∆Uбэ = 50мВ

∆Uбэ = 0,15В


∆Iб

Способы получения h- параметров с помощью вольт-амперных характеристик.UКЭ = 5В323Uкэ = 0В∆Iб =(0,4-0,2)=0,2 мА  ∆Uбэ∆Uбэ′∆Uкэ =

Слайд 324Способы получения h- параметров
0,2 мА
0,150В
324
= 0,03

h11 =
50

мВ
= = 250 Ом.
h12 =
∆UКЭ
∆Uбэ

=


h21 =

∆Iб

∆IK

4 мА

0,05 мА

= 80

=

Способы получения h- параметров 0,2 мА 0,150В324 = 0,035Вh11 =50 мВ=      =

Слайд 325Способы получения h- параметров
с помощью вольт-амперных характеристик.
325
∆Uкэ




Uкэ


∆IК =
∆Iб =
∆Iк






*
*
*
*
Uкэ = 5B
Uкэ = 10B
∆Uкэ

= (10B – 5B)=5В
Способы получения h- параметров с помощью вольт-амперных характеристик.325∆UкэIк Uкэ ∆IК =∆Iб =∆IкIб ″–′IК”****Uкэ = 5B Uкэ =

Слайд 326Получение h- параметров с помощью вольт-амперных характеристик
гэ = φт/IЭ =0,026/IЭ.



∆Iб
∆Iк
∆Uбэ
∆Uкэ
h11 =
∆Uбэ
∆Iб
h12 =
∆Uбэ

∆Uкэ
∆Uкэ = [Uк = 5В] – [Uк =

0В] = 5B



Входная характеристика

Выходная характеристика

h21 = = В

∆Iк

∆Iб

h22 = =

∆Iк


∆Uкэ

1


*

Получение h- параметров с помощью  вольт-амперных характеристикгэ = φт/IЭ =0,026/IЭ. ∆Iб∆Iк∆Uбэ∆Uкэh11 =∆Uбэ∆Iбh12 =∆Uбэ′∆Uкэ∆Uкэ = [Uк =

Слайд 327 ВАХ транзистора существенно нелинейные.
Поэтому значение h-параметров зависит от

точки, в которой они определяются.
Изменение температуры также влияет

на вид и положение ВАХ транзистора.
Поэтому значение h-параметров зависит и от температуры.
Эти зависимости приводятся в справочной литературе.
В справочной литературе приводятся также таблицы переводов из одной системы параметров в другие системы, для схемы включения транзистора ОБ и ОЭ.

h- параметры

327

ВАХ транзистора существенно нелинейные.Поэтому значение h-параметров зависит от точки, в которой они определяются.  Изменение

Слайд 328Первый отечественный транзистор П1
144

Первый отечественный транзистор П1144

Слайд 329Усилитель в интегральном исполнении
327

Усилитель в интегральном исполнении327

Слайд 330 Тема 4. Полевые транзисторы
Литература
1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для

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

Идея работы полевого транзистора была высказана в 1930 г.
В 1952 г. принцип работы удалось реализовать японскому ученому Есаки.

327

Тема 4. Полевые транзисторыЛитература1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов.  /О.В. Миловзоров, И.Г. Панков. М.:

Слайд 331полевые транзисторы
Полупроводниковый электропреобразовательный прибор, способный усиливать

мощность электрических сигналов.
Особенность работы транзисторов состоит в

том, что:
- выходной ток управляется с помощью электрического поля,
- в процессе протекания электрического тока участвуют только основные носители.

328

полевые транзисторы    Полупроводниковый электропреобразовательный прибор, способный усиливать мощность электрических сигналов.   Особенность работы

Слайд 332полевые транзисторы
Электрическое поле является управляющим,

выходной ток является управляемым.

В англоязычной литературе эти транзисторы

называют транзисторами типа FET (Field Effect Transistor).

329




транзисторы

биполярные

полевые

полевые транзисторы  Электрическое поле является управляющим,  выходной ток является управляемым.  В англоязычной литературе эти

Слайд 3334.1 Классификация ПТ

ПТ

с p-n-переходом
МДП-транзистор

n-канальный

р-канальный





встроен. канал
индуцир.

канал
n-канальный
n-канальный
р-канальный
МДП - металл, диэлектрик, полупроводник
330

МЕП-
МЕП –

металл, полупроводник
4.1 Классификация ПТПТс p-n-переходом МДП-транзистор n-канальный р-канальный встроен. канал индуцир. канал n-канальный n-канальный р-канальный МДП - металл,

Слайд 334Классификация ПТ
- с управляющим p-n-переходом,
с изоляцией диэлектриком - МДП-транзисторы.

В зависимости от того, как изолирован управляющий электрод от управляемого

токопроводящего канала различают транзисторы:

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

329

Классификация ПТ- с управляющим p-n-переходом,с изоляцией диэлектриком - МДП-транзисторы.  В зависимости от того, как изолирован управляющий

Слайд 335Классификация ПТ
- индуцированный канал.
- n-типа (n-канальные),
- р-типа (р-канальные).


В зависимости от конструктивного исполнения проводящего канала различают МДП транзисторы:

встроенный канал,

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

Встроенный канал организуется при технологическом изготовлении транзистора.

Индуцированный канал образуется во время работы транзистора.

330

Классификация ПТ- индуцированный канал. - n-типа (n-канальные), - р-типа (р-канальные). В зависимости от конструктивного исполнения проводящего канала

Слайд 3364.2 Принцип работы ПТ
Структура ПТ с управляющим

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

боковой грани которой сформирована область обогащенного полупроводника
р-типа. Эти области образуют p-n-переход.




Сток (С)

Исток (И)

Затвор (З)

р

n-

+


р-n-

Канал

+ Uси

Uзи –

+


Ic

331



4.2 Принцип работы ПТ  Структура  ПТ с управляющим p-n-переходом  ПТ представляет собой пластину слаболегированного

Слайд 337+
Электрод, через 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 .


330

+   Электрод, через который в канал втекают носители тока называется исток (и).

Слайд 338+
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.

333

+  Концентрация носителей n-типа в канале много меньше концентрации дырок в области затвора.Поэтому область p-n-перехода, обедненная

Слайд 339 Подключим к структуре внешние источники напряжения.

Управляющий p-n-переход включен в обратном направлении и имеет высокое сопротивление.


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.

334

Подключим к структуре внешние источники напряжения.   Управляющий p-n-переход включен в обратном направлении и

Слайд 340 При некотором напряжении Uзи канал полностью перекроется

обедненной областью
p-n-перехода и ток стока уменьшится до нуля.


Это напряжение является параметром транзистора и называется напряжением отсечки тока стока Uзи.отс.

335

При некотором напряжении Uзи канал полностью перекроется обедненной областью p-n-перехода и ток стока уменьшится

Слайд 341 Примем Uзи = 0. При небольших напряжениях сток-исток

Uси канал ведет себя как линейное сопротивление. По мере роста

напряжения обедненный слой будет расширяться, причем около стока в большей мере, чем около истока. Сечение канала будет уменьшаться и рост тока замедлится.

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

336

Примем Uзи = 0. При небольших напряжениях сток-исток Uси канал ведет себя как линейное сопротивление.

Слайд 3424.3 Вольт-амперные характеристики ПТ
Основными статическими характеристиками полевого транзистора

являются:
выходная или стоковая

Ic = ƒ(Uси, Uзи),
передаточная или стокозатворная Ic = ƒ(Uзи, Uси) .

337

4.3 Вольт-амперные характеристики ПТ  Основными статическими характеристиками полевого транзистора являются: выходная или стоковая

Слайд 3434.3 Вольт-амперные характеристики ПТ
Выходная ВАХ Ic = ƒ(Uси,

Uзи)
Ic, мА
Uси, В









4


2
4 8 12

16 20

Uси.проб.

Uзи = 0

Uзи = 0,5В

Uзи = 1,0В

Uзи = 1,5В

Ic.нач

338


ЛО

Область пробоя

ОО

АО

4.3 Вольт-амперные характеристики ПТВыходная ВАХ   Ic = ƒ(Uси, Uзи)Ic, мАUси, В424   8

Слайд 344Вольт-амперные характеристики ПТ
Выходная ВАХ Ic = ƒ(Uси, Uзи)
Характеризуется напряжением

Uси.проб.
339
ЛО – линейная область. Она определяется сопротивлением канала.
Область пробоя

– возникает электрический пробой канала.

ОО – область отсечки тока стока, ток стока уменьшается до нуля.

Вольт-амперные характеристики ПТВыходная ВАХ  Ic = ƒ(Uси, Uзи)Характеризуется напряжением Uси.проб. 339ЛО – линейная область. Она определяется

Слайд 345Выходная ВАХ Ic = ƒ(Uси, Uзи)
340
АО – активная область (область

насыщения), в ней транзистор работает в режиме усиления электрических сигналов.

Выходная ВАХ Ic = ƒ(Uси, Uзи)340АО – активная область (область насыщения), в ней транзистор работает в режиме

Слайд 346Вольт-амперные характеристики ПТ
Стокозатворная характеристика Ic = ƒ(Uзи, Uси)
Uзи В


Ic мА


4
2
Ic.нач
- 2,0 - 1,0
Uси

= 10В

Uси = 5В

∆Uзи

∆Ic

∆Uси

Эта характеристика хорошо описывается выражением

Ic =

Ic.нач (1 -

Uзи

Uзи.отс

)

2


341

Вольт-амперные характеристики ПТСтокозатворная характеристика Ic = ƒ(Uзи, Uси) Uзи В Ic мА42Ic.нач- 2,0

Слайд 3474.4 Параметры ПТ
В общем случае ВАХ транзистора

являются нелинейными.
Однако при небольших значениях переменных составляющих напряжений и

токов полевой транзистор можно считать линейным элементом.

342

4.4 Параметры ПТ   В общем случае ВАХ транзистора являются нелинейными. Однако при небольших значениях переменных

Слайд 3484.4 Параметры ПТ
Крутизна S =

∆Ic
∆Uзи
Uси = const
мА
В
[

]
343
Ic мА
Uзи В


4
2
- 2,0

- 1,0

Uси = 10В

Uси = 5В

∆Uзи

∆Ic

∆Uси


1.

4.4 Параметры ПТКрутизна  S =∆Ic∆Uзи Uси = constмАВ[   ]343Ic мАUзи В 42- 2,0

Слайд 349344
Ic мА
Uзи В


4
2
- 2,0

- 1,0
Uси = 10В
Uси = 5В
Uзи
∆Ic
∆Uси

2.
дифференциальное сопротивление сток-исток


rси =

∆Ic

Uзи = const

[Ом ]

∆Uси

344Ic мАUзи В 42- 2,0      - 1,0Uси = 10ВUси = 5ВUзи ∆Ic∆Uси•2.

Слайд 350345
Ic мА
Uзи В


4
2
- 2,0

- 1,0
Uси = 10В
Uси = 5В
∆Uзи
Ic
∆Uси

3.
- коэффициент усиления по

напряжению

μ =

∆Uси

∆Uзи

Iс = const

345Ic мАUзи В 42- 2,0      - 1,0Uси = 10ВUси = 5В∆Uзи Ic∆Uси•3.-

Слайд 351Малосигнальные параметры связаны соотношением
μ =
S

rси

Параметры транзистора можно определить экспериментально, как показано на входной

ВАХ.
Значение параметров зависит от точки ВАХ, в которой они определялись.
Для данного типа транзистора
S = 2.2 [мА\В], μ = 12.

346

Малосигнальные параметры связаны соотношением μ = S•rси    Параметры транзистора можно определить экспериментально, как показано

Слайд 352 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.

347

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

Слайд 3534.5 Полевые транзисторы с изолированным затвором
В транзисторах этого

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

двуокись кремния SiO2, то такие транзисторы обозначаются аббревиатурой
МОП-транзисторы.

348

МДП-транзисторы



Встроенный канал

Индуцированный канал



n-канальный

р-канальный

4.5 Полевые транзисторы с изолированным затвором  В транзисторах этого типа затвор отделен от полупроводника (канала) слоем

Слайд 354Полевые транзисторы с изолированным затвором
МДП - транзисторы делятся

на два типа: - со встроенным каналом (обедненного типа), - с индуцированным

каналом (обогащенного типа).

Канал может быть n-типа или р-типа.

349

Полевые транзисторы с изолированным затвором  МДП - транзисторы делятся на два типа: - со встроенным каналом

Слайд 355МДП - транзистор со встроенным каналом
Транзистор может работать в двух

режимах: - обеднения,
- обогащения.
350
У транзисторов данного типа канал формируется технологическим путем

во время производства.
МДП - транзистор со встроенным каналомТранзистор может работать в двух режимах: - обеднения,- обогащения.350У транзисторов данного типа

Слайд 356МДП - транзистор со встроенным каналом
Металл Al
SiO2
p-типа
канал n-типа
П -подложка







С
И
З
p-


-

+ Uси
- Uзи
Ic
351

МДП - транзистор со встроенным каналомМеталл AlSiO2p-типаканал n-типаП -подложка СИЗp--    + Uси- Uзи Ic351

Слайд 357Встроенный канал
Режим обеднения.
На затвор подается отрицательное

напряжение по отношению к истоку.
Под действием электрического

поля электроны выталкиваются из подзатворной области, канал обедняется носителями и ток стока уменьшается.

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.

352

Встроенный канал  Режим обеднения.  На затвор подается отрицательное напряжение по отношению к истоку.  Под

Слайд 358Встроенный канал
В схемотехнике транзистор используется в качестве
-

усилителя гармонических сигналов,
управляемого напряжением сопротивления,
источника тока.

В основном транзистор работает в режиме обеднения.

353

Встроенный канал  В схемотехнике транзистор используется в качестве - усилителя гармонических сигналов, управляемого напряжением сопротивления, источника

Слайд 359МДП - транзисторы с индуцированным каналом







С
И
З
Металл Al
SiO2
n-
n-типа
p -
+
p -
+
П -

подложка


+ - Uси
- Uзи


Ic

Транзистор может работать только в режиме обогащения.

354

Индуцированный канал р-типа

МДП - транзисторы с индуцированным каналомСИЗМеталл AlSiO2n-n-типаp -+p -+П - подложка +     -

Слайд 360МДП транзисторы с индуцированным каналом
Режим обогащения.
На

затвор подается отрицательное напряжение по отношению к истоку.

Под действием электрического поля электроны выталкиваются из подзатворной области, канал обогащается носителями
р-типа и образуется канал, начинает протекать ток стока.

До некоторого порогового напряжения UПОР канал отсутствует и транзистор закрыт.

355

Канал формируется во время работы транзистора.

МДП транзисторы с индуцированным каналом  Режим обогащения.  На затвор подается отрицательное напряжение по отношению к

Слайд 361МЕП транзисторы
МЕП - металл-полупроводник
В последнее время широкое распространение

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

полупроводником канала образует барьер Шоттки. Канал n-типа образуется обедненной областью барьера. Транзистор этого типа может работать как в режиме обеднения так и в режиме обогащения.

356

МЕП транзисторы МЕП - металл-полупроводник В последнее время широкое распространение получили полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом.

Слайд 362МЕП - транзисторы (металл-полупроводник)






С
И
З
Металл Al
SiO2
p-
p-типа GaAs
П -подложка

канал n-типа
Транзисторы

используются в мощных быстродействующих устройствах
357

МЕП - транзисторы  (металл-полупроводник)СИЗМеталл AlSiO2p-p-типа GaAsП -подложка канал n-типаТранзисторы используются в мощных быстродействующих устройствах357

Слайд 363Обобщенная стокозатворная характеристика
транзисторов различного типа
Полевые транзисторы с изолированным затвором

+UЗИ
Ic


Uзи.отс
UПОР
П
З
И
П
З
С
И
З
n-канал
р-канал
358

Обобщенная стокозатворная характеристикатранзисторов различного типаПолевые транзисторы с изолированным затвором+UЗИIcUзи.отсUПОР ПЗИПЗСИЗn-каналр-канал358

Слайд 364Обобщенная стокозатворная характеристика
транзисторов различного типа
Полевые транзисторы с изолированным затвором

+UЗИ
Ic




Uзи.отс
UПОР
П
З
И
П
З
П
С
И
З
П
З
И
n-канал
р-канал
359

Обобщенная стокозатворная характеристикатранзисторов различного типаПолевые транзисторы с изолированным затвором+UЗИIcUзи.отсUПОР ПЗИПЗПСИЗПЗИn-каналр-канал359

Слайд 3654.6 Ячейка памяти на основе МОП-транзистора
Используются транзисторы с

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

Позволяет производить электрическую запись и стирание одного бита информации. Эти устройства являются энергонезависимыми. Информация не стирается при отключении питания.

360

4.6 Ячейка памяти на основе МОП-транзистора  Используются транзисторы с индуцированным каналом. Предназначены для создания быстродействующей программируемой

Слайд 366Ячейка памяти на основе МОП-транзистора
Упрощенная структура ячейки флэш-памяти






С
И
З
SiO2
p-
p-типа GaAs
П -подложка




Нитрид кремния Si3N4
361
«Плавающий затвор»

Ячейка памяти на основе МОП-транзистораУпрощенная структура ячейки флэш-памятиСИЗSiO2p-p-типа GaAsП -подложка Нитрид кремния Si3N4361«Плавающий затвор»

Слайд 367ячейка флэш-памяти
362
При этом получится элемент памяти: если внутренний

плавающий затвор не заряжен отрицательно, то, подавая на внешний управляющий

затвор положительное напряжение, можно переводить МОП-транзистор в проводящее состояние создавая в основании инверсионный n-слой (записав в него тем самым логический 0).
ячейка флэш-памяти362  При этом получится элемент памяти: если внутренний плавающий затвор не заряжен отрицательно, то, подавая

Слайд 368ячейка флэш-памяти
При записи информации в ячейку памяти

на затвор подается импульс напряжения. В результате происходит пробой тонкого

слоя изоляции. Электроны получают дополнительную энергию и туннельным эффектом переходят в плавающий затвор. Затвор заряжается отрицательно. Пороговое напряжение увеличивается.
При обращении к транзистору такой ячейки он будет восприниматься как выключенный (ток стока равен нулю). Это соответствует записи одного бита – логической единицы.

363

ячейка флэш-памяти   При записи информации в ячейку памяти на затвор подается импульс напряжения.  В

Слайд 369ячейка флэш-памяти
Циклов записи-считывания может быть сотни тысяч.
Записанное

состояние ячейки может храниться десятки лет.
364


UПОРо
Ic
-UЗИ
UВХ

t

ячейка флэш-памятиЦиклов записи-считывания может быть сотни тысяч.   Записанное состояние ячейки может храниться десятки лет.364UПОРо Ic-UЗИUВХt

Слайд 370ячейка флэш-памяти
365
При создании интегральной схемы памяти МОП -транзисторы с плавающим

затвором очень часто выполняются в едином технологическом цикле в паре

с обычным МОП-транзистором с управляющим затвором.





С2

И2

n-


p -




С1

И1

З


ячейка флэш-памяти365При создании интегральной схемы памяти  МОП -транзисторы с плавающим затвором очень часто выполняются в едином

Слайд 371ячейка флэш-памяти
366
В такой схеме транзистор VТ1

служит для считывания информации, записанной в транзистор с плавающим затвором

VT2. Для этого с адресной шины подают на затвор транзистора VT1 импульс отрицательной полярности, переводящий его в проводящее состояние и разрешающий тем самым чтение записанной в транзисторе VТ2 информации, а сток при этом должен быть подключен к шине данных.
ячейка флэш-памяти366    В такой схеме транзистор VТ1 служит для считывания информации, записанной в транзистор

Слайд 372313
Включение репрограммируемой ячейки ПЗУ
ША
D
Еп
VT1
VT2
VT3
И2
С1

313Включение репрограммируемой ячейки ПЗУШАDЕпVT1VT2VT3И2С1

Слайд 3734.7 Эквивалентные схемы полевого транзистора
Используются в основном

две схемы:
Физическая эквивалентная схема,
Схема в Y- параметрах.

Наиболее универсальна физическая эквивалентная схема. Она учитывает переменную составляющую токов и напряжений.

368


С

Исток (И)

Затвор





rC


СЗC

СЗИ

4.7 Эквивалентные схемы полевого транзистора   Используются в основном две схемы: Физическая эквивалентная схема, Схема в

Слайд 374Эквивалентные схемы полевого транзистора
Наиболее универсальна физическая эквивалентная

схема.



Сзи
Сзс
С
З
И


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.

369

Эквивалентные схемы полевого транзистора   Наиболее универсальна физическая эквивалентная схема. СзиСзсСЗИrСrИS·UзиS – крутизна,rС - сопротивление участка

Слайд 375Модели полевого транзистора
При проведении предварительного анализа электронной схемы

используется упрощенная модель


S·Uзи

iз = 0
Uзи
~

Uси
~
iс = -
~
S·Uзи
~
С
и
370

Модели полевого транзистора  При проведении предварительного анализа электронной схемы используется упрощенная модель S·Uзиrкiз = 0Uзи~iсUси~iс =

Слайд 376Модели полевого транзистора
Модель в Y- параметрах


Y21·Uзи
Y22
iз = Y11·Uзи

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


Y12·Ucи
Y11
Y- параметры можно получить

экспериментально

З

Модели полевого транзистора  Модель в Y- параметрахY21·UзиY22iз = Y11·Uзи + Y12·Uсиic = Y21·Uзи + Y22·UcиUзиUсиСиY12·UcиY11 Y-

Слайд 3774.8 Классификация и система обозначений
Классификация полевых транзисторов аналогична

классификации биполярных транзисторов.
Второй элемент – класс прибора –


П – полевой транзистор.

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

4.8 Классификация и система обозначений  Классификация полевых транзисторов аналогична классификации биполярных транзисторов.  Второй элемент –

Слайд 378Система обозначений полевого транзистора
Транзистор с управляющим p-n-переходом
С
И
З
n-канальный
р-типа


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

с индуцированным каналом

n-канальный

П

З

З

И

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

Система обозначений полевого транзистора  Транзистор с управляющим p-n-переходомСИЗn-канальный р-типа  Транзистор со встроенным каналомn-канальный Пр-канальный П

Слайд 379Полевые транзисторы малой мощности

Полевые транзисторы малой мощности

Слайд 380Лекция 15
Тема 5. Тиристоры

Лекция 15 Тема 5. Тиристоры

Слайд 381Тиристоры

Тиристоры

Слайд 3825.1 Тиристоры
Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более

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

на
диодные (динисторы), имеющие два вывода - от анода и катода,
триодные (тиристоры), имеющие выводы от анода, катода и одной из баз,
тетродные, имеющие выводы от всех областей.

337

5.1 Тиристоры Тиристорами называют полупроводниковые приборы с тремя и более p-n-переходами  В зависимости от числа выводов

Слайд 383Тиристоры
В процессе работы тиристор может находиться в

одном из двух возможных состояний: - закрыт,
- открыт.
В первом из

них тиристор выключен или закрыт.
В этом состоянии тиристор имеет высокое сопротивление и ток в нагрузке практически равен нулю.
Это соответствует разомкнутому электромеханическому контакту

338


HL

K


+

--

Тиристоры   В процессе работы тиристор может находиться в одном из двух возможных состояний: - закрыт,-

Слайд 384Тиристоры
Во втором состоянии тиристор включен или открыт.
В этом

состоянии тиристор имеет малое сопротивление и ток в цепи определяется

сопротивлением нагрузки.
Это соответствует замкнутому электромеханическому контакту

339


HL

K


+

--

Тиристоры Во втором состоянии тиристор включен или открыт. В этом состоянии тиристор имеет малое сопротивление и ток

Слайд 385
5.2 Устройство тиристора

ЕП


Катод

УЭ1


П1

П3

П2


Управляющие
электроды











УЭ2

Анод

R

н
n
1

n
2
p
1

p

2



p-n

-


переходы


– +

340

5.2 Устройство тиристора ЕП Катод УЭ1 П1 П3 П2 Управляющие электродыУЭ2 Анод R нn 1 n 2p

Слайд 386 Контакт к внешнему p-слою называют анодом, а к

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

базами. Выводы от баз образуют управляющие электроды УЭ1 и УЭ2.


341

Контакт к внешнему p-слою называют анодом, а к внешнему n-слою - катодом.  Внутренние области

Слайд 387 Рассмотрим физические процессы в тиристоре, для чего

представим его в виде двух биполярных транзисторов
VT1
VT2
Анод
Катод

I

б1
=


I


к2

I


к1

=

I


б2

α2

П3


p

p

p


n

n

n

VT1

VT2

Анод +

Катод -

П1

П2

П2




α1


342

Рассмотрим физические процессы в тиристоре, для чего представим его в виде двух биполярных транзисторов

Слайд 388На физические процессы в тиристоре основное влияние оказывают два фактора:


зависимость коэффициента передачи по току α от тока эмиттера,

лавинное умножение носителей в обеднённом слое коллекторного перехода, обусловленное наличием положительной обратной связи.

343

На физические процессы в тиристоре основное влияние оказывают два фактора: зависимость коэффициента передачи по току α от

Слайд 389 При положительном напряжении на аноде крайние переходы

П1 и П3 будут смещены в прямом направлении, а центральный

переход
П2 - в обратном. Поэтому ток динистора будет малым (Ia ≈ 0) он обусловлен обратным током коллекторного перехода. Этот переход является коллектором для обоих транзисторов.

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

5.3 Динистор

344

При положительном напряжении на аноде крайние переходы П1 и П3 будут смещены в прямом

Слайд 390динистор
Через коллекторный переход П2 потечет ток, обусловленный дырочной

и электронной составляющими.

I2p = I1·α1, I2n = I3·α2, a также обратный ток коллектора
IК0 = IК0р + IК0n

Общий ток I2 = I1·α1 + I3·α2 +IК0.

345

динистор  Через коллекторный переход П2 потечет ток, обусловленный дырочной и электронной составляющими.

Слайд 391динистор
Токи через переходы, включенные последовательно, должны быть одинаковы

I1 = I2 = I3 = I

I =

IК0

1 – (α1 + α2)

Обратный ток коллектора описывается
экспоненциальной зависимостью.

346

динистор Токи через переходы, включенные последовательно, должны быть одинаковы

Слайд 392динистор
Пока напряжение на аноде относительно не велико,

ток динистора будут определяться обратным током коллектора.
При этом (α1 +

α2) << 1.

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

динистор   Пока напряжение на аноде относительно не велико, ток динистора будут определяться обратным током коллектора.При

Слайд 393динистор
В базе они накапливаются и уменьшают высоту

потенциального барьера. Увеличиваются токи эмиттеров, увеличивается ток коллектора. При этом

увеличиваются коэффициенты α, что ведет к дальнейшему увеличению токов. Включается механизм положительной обратной связи.
При (α1 + α2) 1 ток увеличивается до бесконечности.

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

I =

IК0

1 – (α1 + α2)

динистор   В базе они накапливаются и уменьшают высоту потенциального барьера. Увеличиваются токи эмиттеров, увеличивается ток

Слайд 394
динистор
Вольт-амперная характеристика динистора



Ia

UВКЛ
349



RH
+EП
UA
A
K
*

UОБР
UВЫКЛ
Iaдоп


Рaдоп

динистор Вольт-амперная характеристика динистора Ia UА UВКЛ 349RH+EПUAAK*UОБР UВЫКЛ Iaдоп Рaдоп

Слайд 395
динистор
350
Динисторы применяются в быстродействующих системах защиты схем, нагрузки от

перенапряжения.
При превышении напряжением + ЕП напряжения включения

UВКЛ на аноде динистор включается и напряжение на нем уменьшается до 0,5 – 1,0 Вольта.




RH

+EП

FU

Д

*

А

динистор 350Динисторы применяются в быстродействующих системах защиты схем, нагрузки от перенапряжения.  При превышении напряжением + ЕП

Слайд 3965.4 Тиристор
Тиристор – полупроводниковый переключательный прибор, имеющий

дополнительный вывод от одной из баз эквивалентного транзистора.

Электрод называется управляющим. Управление может быть относительно катода или анода.

Iа =

IК0

1 – (α1 + Iу·α2)

Если Iу = 0, то тиристор работает как динистор.

Рассмотрим управление по катоду

5.4 Тиристор   Тиристор – полупроводниковый переключательный прибор, имеющий дополнительный вывод от одной из баз эквивалентного

Слайд 397Тиристор

Управление по катоду

р1
n1
p2
n2

A
K

УЭ

+ ЕП
Iа =


IК0

1 – (α1 + Iу·α2)

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



Тиристор              Управление по катодур1n1p2n2RНAKUуУЭIу+

Слайд 398Тиристоры
Вольт-амперная характеристика тиристора



Ia
Ua
Uвкл| при IУ =

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

Тиристоры Вольт-амперная характеристика тиристора Ia Ua Uвкл| при IУ = 0 Iу = 0 Iу > 0

Слайд 399Тиристоры
Включенный тиристор с помощью тока управления выключить

нельзя.
Для выключения тиристора необходимо уменьшить напряжение на аноде

до напряжения отключения или ток анода уменьшить меньше тока выключения.
В последнее время разработаны полностью управляемые тиристоры.

На обратной ветви ВАХ рассмотренного эффекта не наблюдается.

Тиристоры   Включенный тиристор с помощью тока управления выключить нельзя.  Для выключения тиристора необходимо уменьшить

Слайд 4005.5 Симисторы
В силовой преобразовательной технике широко

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

рассмотренных тиристоров, включенных встречно-параллельно. Их особенность состоит в том, что они управляемые как при положительном, так и при отрицательном напряжениях на анодах.

354

5.5 Симисторы   В силовой преобразовательной технике широко используются симметричные тиристоры – симисторы, триаки. Каждый симистор

Слайд 401Симисторы
Условное графическое обозначение симистора
355
А
А


К
К
УЭ
УЭ

Симисторы   Условное графическое обозначение симистора 355А А К К УЭ УЭ

Слайд 402
Симисторы
Вольт-амперная характеристика симистора







Ua
357
- UВКЛ
+ UВКЛ

Симисторы Вольт-амперная характеристика симистора Ua 357- UВКЛ+ UВКЛ

Слайд 403
5.6 Классификация и система обозначений
В основу обозначений тиристоров положен

буквенно-цифровой код
Первый элемент – исходный материал.
Второй

элемент – вид прибора:
Н – диодный тиристор – динистор (Н - неуправляемый),

У – триодный тиристор – (У - управляемый).

358

5.6 Классификация и система обозначений В основу обозначений тиристоров положен буквенно-цифровой код  Первый элемент – исходный

Слайд 404
Классификация и система обозначений
Третий элемент обозначает

основные функциональные возможности прибора и номер разработки
От 101 до 199

– диодные и незапираемые триодные тиристоры малой мощности.
От 401 до 499 – триодные запираемые тиристоры средней мощности, Iср до 10 А.
Четвертый элемент – буква – обозначает типономинал прибора.

359

Классификация и система обозначений    Третий элемент обозначает основные функциональные возможности прибора и номер разработкиОт

Слайд 405
Классификация и система обозначений
360
КН102Б – кремниевый, неуправляемый, малой

мощности, 02 разработки, разновидности Б.
КУ201К - кремниевый, управляемый, средней

мощности, 01 разработки, разновидности К.
Классификация и система обозначений 360 КН102Б – кремниевый, неуправляемый, малой мощности, 02 разработки, разновидности Б. КУ201К -

Слайд 406
Классификация и система обозначений
Для мощных тиристоров имеется

своя классификация. Пример условного обозначения

ТЛ171-320-10-6 тиристор лавинный первой модификации, размер шестигранника «под ключ» 41 мм, конструктивное исполнение – штыревое с гибкими катодными выводами, максимально допустимый средний ток в открытом состоянии 320 А, повоторяющееся импульсное напряжение в закрытом состоянии 1000 В (10-й класс), критическая скорость нарастания напряжения в закрытом состоянии 500 В/мкс.

361

Классификация и система обозначений   Для мощных тиристоров имеется своя классификация. Пример условного обозначения

Слайд 407Графическое обозначение тиристоров
Динистор

Тиристор

Симистор управление по катоду
и по аноду

А

А

А

К

К

К

УЭ

УЭ

Графическое обозначение тиристоров Динистор       Тиристор

Слайд 4085.7 Применение тиристоров
Тиристоры применяются в силовых преобразователях электрической энергии:

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

Существуют фототиристоры, управляемые с помощью оптронов.
Они позволяют осуществить гальваническую развязку информационной маломощной системы управления от силовой части.

360

5.7 Применение тиристоров Тиристоры применяются в силовых преобразователях электрической энергии: - управляемые выпрямители, - конверторы, - в

Слайд 409Применение тиристоров
Тиристоры применяются в управляемых выпрямителях.

364
В

ряде случаев требуется не только преобразование переменного напряжения в постоянное,

но и плавное регулирование выходного выпрямленного напряжения.
Наиболее экономичным способом является применение управляемых диодов - тиристоров.
Такие преобразователи называются регуляторами.
Под управлением подразумевается внешнее управление в том числе и автоматизированное.
Применение тиристоров Тиристоры применяются в управляемых выпрямителях. 364  В ряде случаев требуется не только преобразование переменного

Слайд 410Применение тиристоров
365
Простая схема регулятора.
U1

= Umsinωt

U2
Т




Д1
Д2
RH



СУ – схема управления.
U1




Применение тиристоров 365  Простая схема регулятора.   U1 = UmsinωtU2ТД1Д2RHCУUуiнСУ – схема управления. U1

Слайд 411Применение тиристоров
366
Система управления формирует синхронно с напряжением

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

Тиристоры открываются и пропускают импульс тока при положительной полуволне на аноде и поступлении импульса тока на управляющий электрод.

Применение тиристоров 366  Система управления формирует синхронно с напряжением U1 импульсы управления, фаза которых относительно напряжения

Слайд 412Применение тиристоров
367
Нагрузка RН подключена к средней

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

U2, то на аноде Д2 действует отрицательная полуволна и диод Д2 закрыт.
В следующий полупериод Д1 закрывается, а Д2 – открывается.
Таким образом, по нагрузке протекают импульсы тока в оба полупериода напряжения U2.
Применение тиристоров 367   Нагрузка RН подключена к средней точке трансформатора,поэтому если на аноде Д1 действует

Слайд 413Применение тиристоров
368
Регулирование выпрямленного напряжения заключается в изменении

момента включения тиристора. Угол сдвига фазы между напряжением

включения тиристора и напряжением U2 называется углом управления и обозначается символом α.
Применение тиристоров 368  Регулирование выпрямленного напряжения заключается в изменении момента включения тиристора.    Угол

Слайд 414Применение тиристоров
369




U2m


t1
t2
t3
t



α
Uн.ср, Iн.ср

t1
t0

Применение тиристоров 369U2mt1t2t3tUуUн IнαUн.ср, Iн.срt1t0

Слайд 415Применение тиристоров
370
Угол α изменяется и изменяется площадь

по кривой синусоиды, изменяется среднее значение выпрямленного напряжения.
От

момента to до момента t1 оба тиристора закрыты и ток в нагрузку не течет.
В момент времени t1 открывается тиристор 1 и по нему и по нагрузке течет импульс тока до момента времени t2.
В момент времени t3 открывается тиристор 2 и по нему и по нагрузке течет импульс тока в течение второго полупериода напряжения U2.
Применение тиристоров 370  Угол α изменяется и изменяется площадь по кривой синусоиды, изменяется среднее значение выпрямленного

Слайд 416Применение тиристоров



МК
R
SITAC

~
220 В
5 В
371

Применение тиристоров МКRSITACRН~220 В5 В371

Слайд 417тиристоры

тиристоры

Слайд 418Тема 6. Усилительный каскад
на транзисторе
Литература
1. Миловзоров О.В., Электроника:

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

школа, 2004.

2. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учеб.пособие. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000 г.


370

Тема 6. Усилительный каскад на транзисторе Литература1. Миловзоров О.В., Электроника: Учебник для вузов.  /О.В. Миловзоров, И.Г.

Слайд 419Усилители
Частный случай управления потоком электрической энергии от

источника питания к нагрузке, при котором путем затраты небольшого ее

количества можно управлять энергией во много раз большей, называется усилением.
Устройство, осуществляющее такое управление, называется усилителем.

6.1 Общие положения

368

Усилители   Частный случай управления потоком электрической энергии от источника питания к нагрузке, при котором путем

Слайд 420Усилители
Сигнал –

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

= Um·sin(ωt+φ)
ω = 2π f ; f = 1/T;
Uэф = Uд = Um/√2 = 0.707·Um,
где: Um – максимальное амплитудное значение сигнала;
Uд – действующее значение сигнала;
ω -- угловая частота сигнала;
f – частота сигнала;
Т – период сигнала;
φ – фазовый сдвиг. Такой сигнал содержит всего одну гармонику.

369

Усилители       Сигнал – напряжение или ток, определенным образом изменяющиеся во времениПростейший

Слайд 421Усилители
Более сложный сигнал - импульсный








f = 1/T;
f – частота сигнала;
Такой сигнал содержит спектр нечетных гармоник.

370





Um

t


Т – период сигнала

А


Усилители    Более сложный сигнал - импульсный

Слайд 422Усилители
В зависимости от формы усиливаемого сигнала

различают: - усилитель гармонических сигналов, - усилитель импульсных сигналов.

В цифровой технике все усилители являются импульсными.
В зависимости от характера нагрузки различают усилители: - напряжения, - тока, - мощности.

371

Усилители    В зависимости от формы усиливаемого сигнала  различают: - усилитель гармонических сигналов, -

Слайд 423Усилители
Далее будем рассматривать только усилители напряжения, работающие

с сигналом малой амплитуды, синусоидальной формы.



372

Усилители  Далее будем рассматривать только усилители напряжения, работающие с сигналом малой амплитуды, синусоидальной формы.

Слайд 424Усилители
Усилитель
Источник питания
Помехи
Источник сигнала
Нагрузка усилителя
Общая структурная схема
Источник сигнала – например,

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

– воздействие температуры, старение элементов

373

Усилители УсилительИсточник питанияПомехиИсточник сигналаНагрузка усилителяОбщая структурная схемаИсточник сигнала – например, микрофон,Нагрузка усилителя – например, электродинамический преобразователь,Источник питания

Слайд 425Усилители
Общая структурная схема усилителя
Требования к усилителю:
процесс управления должен

быть непрерывным,
линейным,
однозначным.
o
o
o
o

Усилители Общая структурная схема усилителяТребования к усилителю: процесс управления должен быть непрерывным, линейным, однозначным.oooo

Слайд 426Усилители
Параметры усилителя -- Коэффициент усиления:
- по напряжению КU

= UВЫХ/UВХ,
- по току КI = IВЫХ/IВХ,
- по

мощности КР = РВЫХ/РВХ
( Рвх – мощность источника сигнала,
Рвых – мощность, выделяющаяся в нагрузке усилителя).
Коэффициент усиления часто выражают в логарифмических единицах – децибелах:
Кu [ дБ] = 20 lg(UВЫХ / UВХ).


375

Усилители 		Параметры усилителя -- Коэффициент усиления: - по напряжению КU = UВЫХ/UВХ, - по току КI =

Слайд 427Параметры усилителя
-- Входное Rвх и выходное Rвых сопротивления усилителя:

Rвх = Uвх/Iвх,

Rвых = ∆Uвых/∆Iвых,
где Uвх и Iвх - амплитудные значения напряжения и тока на входе усилителя,
∆Uвых и ∆Iвых – приращения амплитудных значений напряжения и тока на выходе усилителя, вызванные изменением сопротивления нагрузки.

376

Параметры усилителя-- Входное Rвх и выходное Rвых сопротивления усилителя:       Rвх =

Слайд 428Усилители
Основная характеристика усилителя -- Амплитудная характеристика
( передаточная)
Зависимость амплитуды выходного напряжения

(тока) от амплитуды входного напряжения (тока).
Uвых = f(Uвх)
Лекция 12

Усилители Основная характеристика усилителя -- Амплитудная характеристика( передаточная)Зависимость амплитуды выходного напряжения (тока) от амплитуды входного напряжения (тока).Uвых

Слайд 429Усилители


∆Uвх
∆Uвых
UВХ

Параметры
КU = ∆Uвых / ∆Uвх
КI = ∆Iвых / ∆Iвх
КP

= Pвых / Pвх


UВЫХ
Графическое представление амплитудной характеристики
Uвых = f(Uвх)
378
K(jω)

= Кu(ω)·e

jφ(ω)

Усилители ∆Uвх∆UвыхUВХПараметрыКU = ∆Uвых / ∆UвхКI = ∆Iвых / ∆IвхКP = Pвых / Pвх 	UВЫХГрафическое представление амплитудной

Слайд 430Усилители



∆Uвх
∆Uвых
UВХ

Параметры
КU = ∆Uвых / ∆Uвх
КI = ∆Iвых / ∆Iвх
КP

= Pвых / Pвх


UВЫХ
Амплитудная характеристика усилителя для сигнала постоянного

тока
Uвых = f(Uвх)

379

Усилители ∆Uвх∆UвыхUВХПараметрыКU = ∆Uвых / ∆UвхКI = ∆Iвых / ∆IвхКP = Pвых / Pвх 	UВЫХАмплитудная характеристика усилителя

Слайд 4316.2 Включение транзистора в схему усилительного каскада

Усилительный каскад – электронное устройство, предназначенное для усиления мощности электрических

сигналов.
Каскад содержит: - активные элементы – транзисторы, - пассивные элементы – резисторы, конденсаторы, индуктивности, элементы соединения, а также источник питания.
6.2 Включение транзистора  в схему усилительного каскада   Усилительный каскад – электронное устройство, предназначенное для

Слайд 432Транзистор в каскаде включают тремя способами:
С
И
З
З
С
Б
К
Э
ОК
ОБ
ОЭ
ОИ
ОЗ
ОС
«общий» электрод является

общим для входной цепи и для выходной.

Транзистор в каскаде включают тремя способами: СИЗЗСБКЭОКОБОЭОИОЗОС «общий» электрод является общим для входной цепи и для выходной.

Слайд 433 Трем возможным схемам включения транзисторов соответствуют три основных

типа усилительных каскадов: - с общим эмиттером ОЭ (общим истоком),

- с общей базой ОБ (или с общим затвором), - с общим коллектором ОК.

Различные многокаскадные усилители и каскадные схемы являются комбинациями перечисленных усилительных каскадов.

433

Трем возможным схемам включения транзисторов соответствуют три основных типа усилительных каскадов:  - с общим

Слайд 434 Независимо от типа активного элемента и способа его

включения принцип усиления остается единым. Он сводится к тому, что

в цепи, в состав которой входит активный элемент устанавливаются постоянные токи.
Это состояние называют режим работы транзистора.

Режим работы транзистора называют также начальный режим, статический режим, режим по постоянному току, режим покоя.
Он характеризуется постоянными токами электродов транзистора и напряжениями между этими электродами.

434

Независимо от типа активного элемента и способа его включения принцип усиления остается единым. Он сводится

Слайд 435 При подаче сигнала на управляющий вход активного элемента,

ток в цепях начинает изменяться. Это изменение тока создает изменение

напряжения на компонентах, входящих в состав усилительного каскада.

Это напряжение и является выходным усиленным напряжением усилительного каскада.

435

Когда рассматриваются изменения токов или напряжений, вызванные входным сигналом, то говорят, что это режим по переменному току или режим малого сигнала.

При подаче сигнала на управляющий вход активного элемента, ток в цепях начинает изменяться. Это изменение

Слайд 436 Режим работы транзистора
Для нормальной работы любого усилительного

каскада необходимо установить заданные токи и напряжения на активном приборе

(установить требуемый режим).

Требуемый режим задается: - заданием «сверху» - техническим заданием заказчика, - условиями работы устройства в будущем, - требованиями экономичности, надежности, - прочими требованиями.

436

Режим работы транзистора    Для нормальной работы любого усилительного каскада необходимо установить заданные токи

Слайд 437 Режим работы транзистора
Для обеспечения этих требований необходима

электрическая модель каскада, на основании которой можно произвести анализ и

синтез. Все усилительные каскады на одном активном элементе приводят к эквивалентной схеме.

437

Режим работы транзистора    Для обеспечения этих требований необходима электрическая модель каскада, на основании

Слайд 438Эквивалентная схема
438

UУПР
IУПР
R1
I0
U0
+ ЕП

АЭ

R1
I0
U0
+ ЕП


Ri
Ri >> R1
UC
Получили делитель напряжения

на сопротивлениях, одно из которых Ri является переменным.

Эквивалентная схема438UУПРIУПРR1I0U0+ ЕП  АЭ R1I0U0+ ЕПRiRi >> R1UCПолучили делитель напряжения на сопротивлениях, одно из которых Ri

Слайд 439Эквивалентная схема
439
Ri >> R1

R1
I0
U0
+ ЕП


Ri
UC
Величина сопротивления Ri определяется управляющим сигналом.


Если Ri → 0, то U0 → 0,


R1
I0
U0
+ ЕП

UC
Если Ri

→ ∞, то U0 → ЕП.


Эквивалентная схема439Ri >> R1R1I0U0+ ЕПRiUCВеличина сопротивления Ri определяется управляющим сигналом. Если Ri → 0, то U0 →

Слайд 440Эквивалентная схема
440
Определение тока и падение напряжения нелинейной

цепи производится графоаналитическим способом.
В общем случае вольт-амперная

характеристика сопротивления R1 также может быть нелинейной.

В качестве переменного сопротивления используется транзистор. Его вольт-амперные характеристики являются существенно нелинейными.

Эквивалентная схема440   Определение тока и падение напряжения нелинейной цепи производится графоаналитическим способом.  В общем

Слайд 441
Режим работы транзистора задается с помощью двух схем:
фиксированный ток

базы,
фиксированное напряжение базы.

Uбэ
Режим работы транзистора
Рассмотрим

схему фиксированный ток базы







+ Ек


441

- Ек




Uбэ


Uкэ > 0

Режим работы транзистора задается с помощью двух схем: фиксированный ток базы, фиксированное напряжение базы. Uбэ Режим работы

Слайд 442 Режим работы транзистора
391

Введем понятие «общая точка схемы» и

обозначим ее символом Условимся:
- потенциал общей точки схем равен

нулю, - все напряжения отсчитываем от нулевого потенциала, - далее символ -ЕК не показываем, - постоянные токи текут от положительного потенциала к отрицательному.
Режим работы транзистора  391 Введем понятие «общая точка схемы» и обозначим ее символом

Слайд 443 Режим работы транзистора
392
Ток базы
Iб =
ЕК


Uбэ

Напряжение
Uбэ


ЕК

В данной схеме ток базы задается величинами
т.е.

«зафиксирован» и не зависит от транзистора.

ЕК,

Rб,

Напряжение Uбэ = (0,6-0,7)В, EК = (10-15)В.


Uбэ







+ ЕК

- Ек

Режим работы транзистора  392 Ток базы Iб =ЕКRб–UбэRбНапряжение Uбэ

Слайд 444 Режим работы транзистора
444
Напряжение Uбэ = (0,6-0,8)В, EК = (10-15)В.


UКЭ = 5В

В UБЭ
мА IБ
0
0,2
0,1
0,6
0,5
1,0
0,4
0,3
0,7
Iб =

0,3 мА


UБЭ = 0,7 В

Режим работы транзистора  444Напряжение Uбэ = (0,6-0,8)В, EК = (10-15)В. UКЭ = 5ВВ UБЭмА

Слайд 445 Режим работы транзистора
445
Iб =
Сопротивление Rб является нагрузкой для

перехода «база-эмиттер». Для него также можно построить нагрузочную прямую по

двум точкам.


В UБЭ

мА IБ

0,2

0,1

0,6

0,5

0,8

0,4

0,3

0,7

Iб = 0, UБЭ = ЕК.


UБЭ = 0, Iб =

РТ


Режим работы транзистора  445Iб = Сопротивление Rб является нагрузкой для перехода «база-эмиттер». Для него также

Слайд 446 Режим работы транзистора

В усилительных каскадах чаще используется

схема
с ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ БАЗЫ.
IД =
ЕК
(Rб1 +

Uбэ



Rб1


Rб2

+ ЕК
Резисторы
представляют

собой делитель напряжения.
По сопротивлениям течет ток IД.

Rб1,

Rб2

Выберем такие сопротивления,
чтобы ток Iд >> Iб.

Rб2)


- ЕК

Режим работы транзистора    В усилительных каскадах чаще используется схема с ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ БАЗЫ.

Слайд 447 Делитель напряжения

IД =
ЕК
(Rб1 +
UВЫХ


Rб1
Rб2

+ ЕК
Резисторы
представляют собой делитель напряжения.
По

сопротивлениям течет ток IД.
Rб1,
Rб2
Rб2)
- ЕК
UВЫХ < EK
KД =
ЕК
(Rб1 +
Rб2)
Rб2

Делитель напряжения IД =ЕК(Rб1 +UВЫХRб1Rб2IД+ ЕКРезисторы представляют собой делитель напряжения.По сопротивлениям течет ток IД.Rб1,Rб2Rб2)- ЕКUВЫХ

Слайд 448 Режим работы транзистора

В усилительных каскадах чаще используется

схема
с ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ БАЗЫ.
IД =
ЕК
(Rб1 +

Uбэ



Rб1


Rб2

+ ЕК
Rб2)
Uбэ =

·Rб2

= ЕК

Rб2

(Rб1 +

Напряжение на базе зафиксировано
делителем напряжения.

Rб2)


- ЕК

Режим работы транзистора    В усилительных каскадах чаще используется схема с ФИКСИРОВАННЫМ НАПРЯЖЕНИЕМ БАЗЫ.

Слайд 449 Рассмотрим коллекторную цепь транзистора.
Режим работы транзистора
449


Ri


IK
IKRi
+

ЕК
примем Ri = 0,
при этом

= 0,
примем Ri >> RK,
при этом ≈ ЕК.

IК·RK

- ЕК

ЕК = IК·RK + IК·Ri


IKRi

IKRi

Рассмотрим коллекторную цепь транзистора.  Режим работы транзистора  449RiIбRКIKIKRi+ ЕКпримем Ri = 0, при

Слайд 450


Rб1
RK
IK
UКЭ
+ ЕK
На основании закона Кирхгофа для коллекторной цепи
ЕК = IК·RK

+ UКЭ
Это линейное уравнение прямой (в отрезках) в координатах ток-напряжение.



примем IК = 0,
при этом Uкэ = ЕК,
примем Uкэ = 0,
при этом Iк = ЕК/RK.

IK·RK

450


-

Rб1RKIKUКЭ+ ЕKНа основании закона Кирхгофа  для коллекторной цепиЕК = IК·RK + UКЭЭто линейное уравнение прямой (в

Слайд 451 Прямая строится по двум точкам:
ЕК = IК·RК +

UКЭ
при IК = 0, UКЭ = ЕK,

- при UКЭ = 0, IK = ЕК/RК.





IK

UКЭ

Iб = 0


ЕК

IK·RК


Iб =


о

ЕК/RК

рт


α

Н

451

о

Прямая строится по двум точкам:  ЕК = IК·RК + UКЭ при IК = 0,

Слайд 452452

ЕК = IК·RК + UКЭ
Построенную прямую называют:
линия

нагрузки по постоянному току,
нагрузочная прямая,
нагрузка транзистора по постоянному

току.

Нагрузочную прямую можно построить под углом , который рассчитывается согласно соотношению

α = arc tg (- 1/RК).

α

452ЕК = IК·RК + UКЭ  Построенную прямую называют: линия нагрузки по постоянному току, нагрузочная прямая, нагрузка

Слайд 453400

Начальный режим транзистора характеризуется токами и напряжениями

IК, UКЭ, Iб, Uбэ.

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

400  Начальный режим транзистора характеризуется токами и напряжениями

Слайд 454 Начальный режим работы транзистора
401

Взаимодействие активного элемента

– транзистора и нагрузочной прямой обеспечивает усиление сигнала.

Начальный режим работы транзистора  401   Взаимодействие активного элемента – транзистора и нагрузочной прямой

Слайд 455 Начальный режим работы транзистора
402

Влияние элементов схемы и

внешних факторов на положение нагрузочной прямой, рабочей точки и начальный

режим.
1. Увеличение (уменьшение) ЕК приводит к смещению нагрузочной прямой параллельно самой себе.

ЕК

ЕК

Uкэ





Iб = 0


рт



IКнас

IКотс

ЕК < EK



Начальный режим работы транзистора  402  Влияние элементов схемы и внешних факторов на положение нагрузочной

Слайд 456о
456
2. Изменение величины RК приводит к изменению угла α.

Предельные значения: RК = 0, α = 900,
UКЭ







Iб = 0



о

ЕК/RК

рт


α

RК = 0

UKЭ = ЕК


рт

RК →∞,

UКЭ →0.

RК →∞,

UКЭ →0.

UKЭ = ЕК

о456 2. Изменение величины RК приводит к изменению угла α.  Предельные значения:  RК = 0,

Слайд 457о
457
3. Увеличение температуры приводит к смещению РТ по нагрузочной прямой.

При этом ток коллектора увеличивается, а напряжение на коллекторе уменьшается.







UКЭ



рт


UКЭ

о4573. Увеличение температуры приводит к смещению РТ по нагрузочной прямой.  При этом ток коллектора увеличивается, а

Слайд 458458
4. Изменение тока базы приводит к перемещению РТ по нагрузочной

прямой.
Предельные значения тока базы - Iб = 0

транзистор закрыт. - Iб = Iб.нас транзистор переходит в режим насыщения и оказывается неуправляемым.

UK=ЕК

ЕК

UКЭ





Iб = 0


рт

рт



Iб = Iб.нас

рт

IКнас

IКотс

4584. Изменение тока базы приводит к перемещению РТ по нагрузочной прямой.  Предельные значения тока базы

Слайд 459 Начальный режим работы транзистора
459

Таким образом, изменение тока

базы приводит к изменению тока коллектора.
Эти токи

связаны соотношением
IК = В·Iб,
В – статический коэффициент передачи тока базы,
его величина составляет В = 50 ÷ 200.

Если изменение тока базы составляет десятые доли мА, то ток коллектора изменяется на десятки миллиампер.
Начальный режим работы транзистора  459  Таким образом, изменение тока базы приводит к изменению тока

Слайд 460460





Uкэ
Iб = 0


ЕК
IК·RК

Iб =

о
ЕК/RК
рт
Н
RК =

0
RK → ∞

PК доп
IК доп

460Iк Uкэ Iб = 0•ЕКIК·RК IбIб =  ″оЕК/RКртНRК = 0RK → ∞PК допIК доп

Слайд 461 Пример
Пусть ЕК = 12 В, RK = 1

кОм
IК = 7 мА
о
о





мА IК
5
В UКЭ,
0
12
8
12

мА

4

15

10

IБ = 200 мкА

IБ = 100 мкА

IБ = 0 мкА


UКЭ = 5 В

РТ

о

ЕК

RK

На коллекторных характеристиках строим нагрузочную прямую. Выбираем положение рабочей точки.

ЕК = IК·RК + UКЭ

ПримерПусть ЕК = 12 В, RK = 1 кОм IК = 7 мАоомА  IК

Слайд 462При выбранном положении РТ необходимо задать ток базы 100 мкА.

Для этого определим сопротивление Rб.
о

Uбэ



Iб = 0,1 мА
RK =1K
+ ЕК


= 7 мА

о


UБЭ

мА IБ

0,2

0,1

0,6

0,8

0,4

0,3

0,7


РТ



ЕК

Rб ≈

=

20 В

0,1мА

=

200 кОм

0,67

=0,67В

о

UКЭ = 5 В

При выбранном положении РТ необходимо задать ток базы 100 мкА. Для этого определим сопротивление Rб.оUбэRбIб = 0,1

Слайд 463 При экспериментальном получении ВАХ транзистора используется режим, в

котором RК = 0. Такой режим называется статическим.
Параметры, полученные в

таком режиме, называются статическими h11, h12, h21, h22.

о

При экспериментальном получении ВАХ транзистора используется режим, в котором  RК = 0.  Такой

Слайд 464 Ячейка усилителя на электронных

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

аналогичные ламповому усилителю.

о

Ячейка усилителя на электронных лампах.   Вверху виден усилитель в

Слайд 465Усилитель в интегральном исполнении.
о

Усилитель в интегральном исполнении. о

Слайд 466 6.3 Методы стабилизации положения РТ
466

Под действием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов положение РТ может

измениться настолько, что транзистор окажется в нерабочей области.

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

Лекция 13

6.3 Методы стабилизации положения РТ466  Под действием внешних и внутренних дестабилизирующих факторов

Слайд 467467


Как отмечалось ранее с повышением температуры транзистора его

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

Ток удваивается при изменении температуры на каждые 8 -10 градусов.

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

467  Как отмечалось ранее с повышением температуры транзистора его параметры изменяются таким образом, что приводят к

Слайд 468468
При фиксированном напряжении базы с повышением температуры транзистора его ток

базы увеличивается, ток коллектора также увеличивается на величину В.



РТ

UБЭ

Uкэ > 0, t = 20 0C


t = 60 0C


о

Uбэ

о

IK = B∙Iб

468При фиксированном напряжении базы с повышением температуры транзистора его  ток базы увеличивается, ток коллектора также увеличивается

Слайд 469469
Используется несколько схем стабилизации:
- эмиттерная стабилизация (обратная

связь по току),
- коллекторная стабилизация (обратная связь по напряжению,
термокомпенсация,

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

Слайд 470470

Схема с эмиттерной стабилизацией
а напряжение остается неизменным.
о





Rб1



Rб2
+

ЕК


Uбэ
Между базой и эмиттером появится напряжение Uбэ = Uб -




о

С повышением температуры ток IК увеличивается, увеличивается напряжение UЭ



о

Включим в эмиттерную цепь транзистора дополнительное сопротивление RЭ. По нему потечет ток IЭ ≈ IК и появится напряжение UЭ = RЭ·IК.

о

470Схема с эмиттерной стабилизациейа напряжение      остается неизменным.оUбRб1RКIКUЭRб2+ ЕКUбэМежду базой и эмиттером появится

Слайд 471
471
В результате напряжение
уменьшается, что приводит к закрыванию

транзистора и уменьшению тока коллектора. Полной компенсации влияния температуры

достичь не удается.

UбЭ = Uб - UЭ

о



РТ

UБЭ

Uкэ > 0


Uбэ

о

о


471  В результате напряжение уменьшается, что приводит к закрыванию транзистора и уменьшению тока коллектора.

Слайд 472472

Качество стабилизации оценивается коэффициентом температурной нестабильности SТ.

=
В – статический коэффициент передачи тока базы.
В
1 + γ·В
γ

= RЭ//Rб =

Rб·RЭ

Rб + RЭ

Rб = Rб1//Rб2

472   Качество стабилизации оценивается   коэффициентом температурной   нестабильности SТ.SТ = В –

Слайд 473 Если Rэ = 0,
термостабилизация отсутствует
Если RЭ>> Rб,


= α,
где α ≈ (0,9 – 0,99).
γ = 0,
γ →

1,

SТ =

В

1 + В

SТ =

В.

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

Если Rэ = 0, термостабилизация отсутствуетЕсли RЭ>> Rб, = α,где α ≈ (0,9 – 0,99).γ

Слайд 474
Стабилизация считается хорошей, если
SТ ≈ (3

÷ 5).
Такое значение коэффициента задают в случае ,

если температура изменяется в диапазоне (60 ÷ 80) С.

о

474

Стабилизация считается хорошей, если SТ ≈ (3 ÷ 5).   Такое

Слайд 475 Пример Оценим значение коэффициента Sт.
Примем:
Определим:
=
=
эмиттерная стабилизация

положения РТ
- Rб1 = 80К,
Rб2 = 5К,

= 0,1К,
В = 50.

Rб = Rб1//Rб2 = 4,7К

γ = RЭ//Rб ≈ 0,1

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

475

Пример  Оценим значение коэффициента Sт. Примем:Определим:==  эмиттерная стабилизация положения РТ  - Rб1

Слайд 476Ток базы, задающий режим транзистора, определяется
напряжением UКЭ и сопротивлением

Rб.
Iб =
коллекторная стабилизация положения РТ
(стабилизация обратной связью по

напряжению)








UКЭ

+ Ек

476


UКЭ


о

о

о


Ток базы, задающий режим транзистора, определяется напряжением UКЭ и сопротивлением Rб.Iб =   коллекторная стабилизация положения

Слайд 477 коллекторная стабилизация положения РТ
477





UКЭ
Iб = 0


ЕК
IК·Rк
ЕК/RК
рт
Н

Если по каким-либо причинам ток IК увеличивается, то напряжение

UКЭ уменьшается.
коллекторная стабилизация положения РТ 477IК UКЭ Iб = 0•ЕКIК·Rк ЕК/RКртН•  Если по каким-либо причинам

Слайд 478 коллекторная стабилизация положения РТ
478
Но уменьшение тока Iб приводит к

уменьшению тока коллектора.
о


РТ
UБЭ
Uбэ > 0

Uбэ
о
о

= В·Iб
коллекторная стабилизация положения РТ 478Но уменьшение тока Iб приводит к уменьшению тока коллектора.оIб РТUБЭ Uбэ

Слайд 479 Термокомпенсация положения РТ
(стабилизация с помощью термозависимых элементов)

Существует несколько способов термокомпенсации. В интегральной схемотехнике чаще используется рассмотренная

ниже.

С помощью методов термостабилизации не удается полностью застабилизировать положение РТ.

Термокомпенсация положения РТ(стабилизация с помощью термозависимых элементов)    Существует несколько способов термокомпенсации.

Слайд 480 Включим вместо резистора Rб2 термозависимое сопротивление, например,

терморезистор.
t
о
t
Его температурная характеристика
Термокомпенсация положения РТ





Rб1


R
+ Ек

t0С
R
t


R
РТ
t

Включим вместо резистора Rб2 термозависимое сопротивление, например, терморезистор.tоtЕго температурная характеристика  Термокомпенсация положения РТRб1RКIДR+

Слайд 481 Термокомпенсация положения РТ

С повышением температуры сопротивление терморезистора

уменьшается, уменьшается падение напряжения на нем, т.е. напряжение на базе.
t
о




Rб1


+ЕК


=

∙IД

о



РТ

UБЭ

UКЭ > 0


Uбэ

о

о


Термокомпенсация положения РТ  С повышением температуры сопротивление терморезистора уменьшается, уменьшается падение напряжения на нем,

Слайд 482 В качестве термозависимых элементов в интегральной схемотехнике используют p-n-переход.

Он имеет отрицательный ТКН.
Для

получения низкоомного сопротивления используют переход база-эмиттер.
Для получения высокоомного сопротивления используют переход база-коллектор.

о

Термостабилизация



I

Uпр

пр




0

70

20

C

о

∆Uпр

ТКН = - ∆Uпр/∆Т [мВ/град]

Rб2

В качестве термозависимых элементов в интегральной схемотехнике используют p-n-переход.   Он имеет отрицательный ТКН.

Слайд 483 Сопротивление Rэ обеспечивает эмиттерную стабилизацию.

Сопротивление
Rф – коллекторную.
Методы стабилизации положения РТ

могут применяться совместно и не противоречат друг другу.





Rб1


Rб2

+ ЕК





430

Сопротивление Rэ обеспечивает эмиттерную стабилизацию.   Сопротивление Rф – коллекторную.    Методы

Слайд 484484
6.4 Прохождение сигнала через усилительный каскад
Подключим

ко входу усилительного каскада источник сигнала ЕС = Um·sinωt.
ЕС
о


С1



Rб1



Rб2
+

ЕК -




iвх

о

~

Uбэ

о

484  6.4 Прохождение сигнала через усилительный каскад  Подключим ко входу усилительного каскада источник сигнала

Слайд 485485
На базе транзистора будет действовать два напряжения:
постоянное Uбэ, задаваемое

делителем Rб1, Rб2 необходимое для обеспечения начального режима работы транзистора,

переменное, задаваемое источником сигнала.
485На базе транзистора будет действовать два напряжения: постоянное Uбэ, задаваемое делителем Rб1, Rб2 необходимое для обеспечения начального

Слайд 486486
ЕС = Um·sinωt.
На переходе база-эмиттер действует два напряжения:



С1
EC
+UбЭ
+UбЭ
+UбЭ
UбЭ
t
EC
EC

h11

iC

486ЕС = Um·sinωt.На переходе база-эмиттер действует два напряжения:RбС1EC+UбЭ+UбЭ+UбЭUбЭtECECh11iCIБ

Слайд 487ЕС
о
t
Под действием этих напряжений в цепи базы потечет постоянный ток

и переменный ток , обусловленный

напряжением источника сигнала. Оба тока воздействуют на переход база-эмиттер.


Uбэ


Uкэ = 5В

РТ

o

Iб2

Iб1

Uбэ

iб(t)

t

m

m



487

iб(t)

ЕСоtПод действием этих напряжений в цепи базы потечет постоянный ток   и переменный ток

Слайд 488 Входная цепь усилительного каскада
или цепь базы транзистора
Ес
о


С1



Rб1



Rб2
+ Ек



iвх
о

Под действием переменного тока базы начнет изменяться ток коллектора.

Эти токи связаны соотношением iк = В·iб.

iк = В·iб


iб ≈ iвх

488

Rб1//Rб2 >> h11

Входная цепь усилительного каскада или цепь базы транзистораЕсоiбС1Rб1IбRкIКRб2+ Екiвхо  Под действием переменного тока базы

Слайд 489 В коллекторной цепи также течет ток начального режим

транзистора Iк и переменная составляющая
о
Ток переменной составляющей

замыкается через источник питания ЕК. Изменение тока коллектора приведет к изменению напряжения на коллекторе. Таким образом, на коллекторе транзистора также будет действовать постоянное напряжение начального режима и переменная составляющая.

Коллекторная цепь транзистора

iк.

489

В коллекторной цепи также течет ток начального режим транзистора Iк и переменная составляющая о

Слайд 490490

о
Hа коллекторе будет действовать постоянное напряжение начального режима

и переменная составляющая .

Коллекторная цепь транзистора

+UКЭ

UКЭ

t

UKm

ЕК

UKm

+UКЭ

о

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

490оHа коллекторе будет действовать постоянное напряжение начального режима        и переменная

Слайд 491н
о
о
Коллекторная цепь транзистора





Uкэ
Iб = 0
Iб1

Iб.нас




рт

Iб2
iб(t)
iк(t)
Uк(t)
t


m
m
439

ноо Коллекторная цепь транзистораIК Uкэ Iб = 0Iб1 ′Iб.нас Iб •″ртIб2 iб(t)iк(t)Uк(t)t••mm439

Слайд 492о

Из построения видно:
предельные значения положения

рабочей точки ограничены характеристиками тока базы Iб = 0 (точка

о – отсечка коллекторного тока) и Iб = Iб.нас (точка Н - режим насыщения);

максимальное значение амплитуды переменного напряжения ограничено также этими точками и равно
UKm < .

EК 2

о    Из построения видно: предельные значения положения рабочей точки ограничены характеристиками тока базы

Слайд 493
Из построения видно:
- Увеличение напряжения ЕС

точка приводит к увеличению тока базы, что ведет

к уменьшению напряжения на коллекторе (точка ). Это значит, что напряжение UК находится в противофазе с напряжением ЕС. Каскад ОЭ сдвигает (поворачивает) фазу напряжения ЕС на 180 .

о

m

m

Из построения видно:  - Увеличение напряжения ЕС точка   приводит к увеличению тока

Слайд 494 Из построения следует: амплитудное значение напряжения сигнала равно

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

Коэффициент усиления по напряжению





Iб1


В

10


Iб2

20

1



РТ


Uбэ

Uкэ > 0

620

630

640




мВ

Uкэ

t

t

КU = UК/ EС = 10В/0,01В = 1000

iбm(t)

Из построения следует: амплитудное значение напряжения сигнала равно 10 мВ, амплитудное значение напряжения на коллекторе

Слайд 4956.5 Усилительный каскад
Ес
о


С1



Rб1



Rб2
+ Ек



iвх
о



~

6.5 Усилительный каскад ЕсоiбС1Rб1IбRКIКRб2+ Екiвхоiк RС~

Слайд 496Усилительный каскад
Подключим к каскаду нагрузку по переменному току
Направления токов

показаны условно.
Усилительный каскад
Нагрузка каскада
Ес

~

С1



Rб1

Rб2
+ Ек



iвх


С2






СЭ



Усилительный каскад Подключим к каскаду нагрузку по переменному токуНаправления токов показаны условно.Усилительный     каскадНагрузка

Слайд 497 Примем, что нагрузкой каскада является входное сопротивление аналогичного

каскада.
Часть переменной составляющей тока коллектора ответвляется в

нагрузку iн.

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

Назначение элементов

446

Примем, что нагрузкой каскада является входное сопротивление аналогичного каскада.   Часть переменной составляющей тока

Слайд 498 Емкость С2 необходима для того, чтобы на базу

транзистора нагрузки не попало постоянное напряжение коллектора UК Uк

>> Uб.

о

0

Назначение элементов

447

о




С2





СЭ



о


о

Емкость С2 необходима для того, чтобы на базу транзистора нагрузки не попало постоянное напряжение коллектора

Слайд 499 Назначение элементов
Емкость СЭ необходима для

устранения обратной связи для переменного тока эмиттера.

Емкостное сопротивление

447

Сопротивление RЭ обеспечивает обратную связь,

необходимую для стабилизации положения рабочей точки.

Назначение элементов   Емкость СЭ необходима для устранения обратной связи для переменного тока эмиттера.

Слайд 500о
Емкость выбирается такой, чтобы хорошо выполнялось условие
Переменная составляющая тока эмиттера

будет протекать через малое сопротивление ХСэ. По

этому сопротивлению протекает и переменный ток базы.

449







СЭ





оЕмкость выбирается такой, чтобы хорошо выполнялось условиеПеременная составляющая  тока эмиттера    будет протекать через

Слайд 501 Параметры каскада:

КU, Кi, КP,

RВХ, RВЫХ.

449

Параметры каскада:

Слайд 502 Принципиальная схема каскада
Распределенную нагрузку сосредоточим в одном сопротивлении

RН.
6.6.1 Усилительный каскад ОЭ
Ес

~

С1



Rб1

Rб2
+

ЕК




iвх



С2




СЭ





UВЫХ = UН

UВХ

Принципиальная схема каскадаРаспределенную нагрузку сосредоточим в одном  сопротивлении RН.   6.6.1 Усилительный каскад

Слайд 503 Физическая эквивалентная схема замещения транзистора.
Рассматриваем только переменную

составляющую тока коллектора, поэтому генератор IКЭ далее учитывать не

будем.

Каскад ОЭ





В·iб





UКЭ

Uбэ

К

Б

Э

452

О



Физическая эквивалентная схема замещения транзистора. Рассматриваем только переменную составляющую тока коллектора, поэтому генератор IКЭ

Слайд 504Эквивалентные схемы замещения транзистора для переменной составляющей токов




В·iб



UКЭ
Uбэ


К
Б
Э
453



h11

h21iвх
h22
UВХ
UВЫХ
iвх
iвых

Эквивалентные схемы замещения транзистора для переменной составляющей токовВ·iб rбrэiбUКЭ Uбэ КБЭ453iЭiКh11h21iвхh22UВХUВЫХiвх iвых

Слайд 505Разработаем эквивалентную схему замещения каскада для переменной составляющей токов
453
UВЫХ =


Внутреннее сопротивление источника ЕК много меньше сопротивления RK. Поэтому для

переменного тока источник ЕК можно замкнуть. Точка + оказалась подключенной к общей шине.

+

Разработаем эквивалентную схему замещения каскада для переменной составляющей токов453UВЫХ = UНВнутреннее сопротивление источника ЕК много меньше сопротивления

Слайд 506Каскад ОЭ
455



С1
RС Rб
UВХ
ЕС
Входная цепь Сопротивления Rб1

и Rб2 включились параллельно.

Rб = Rб1//Rб2

+

Каскад ОЭ455С1   RС RбUВХЕС 			Входная цепь  Сопротивления Rб1 и Rб2 включились параллельно.

Слайд 507Каскад ОЭ
456







С1 Б rб

B·iб
RС Rб
UВХ
rК*

К
Э

ЕС
СК
Добавим транзистор
+

Каскад ОЭ456С1   Б     rб B·iбRС RбUВХrК*rЭК ЭЕССК 			Добавим транзистор+

Слайд 508Каскад ОЭ
457








С1 Б rб

B·iб
Rc Rб
UВХ
rк*

С2
К
+ СЭ
Э

Ес
СК
Добавим цепь эмиттера
+

Каскад ОЭ457С1   Б     rб B·iбRc RбUВХrк*rэС2К+ СЭ ЭRЭЕсСК 		Добавим цепь эмиттера+

Слайд 509Каскад ОЭ
458










С1 Б rб

B·iб
Rc Rб
UВХ
rк*

С2
К
СЭ
Э

ЕС


UВЫХ
СК
Добавим коллекторную цепь
+

Каскад ОЭ458С1   Б     rб B·iбRc RбUВХrк*rэС2КСЭ ЭRЭЕСRКRНUВЫХСК 		Добавим коллекторную цепь+

Слайд 510458
Каскад ОЭ
Проектирование (синтез) электронных схем сводится к решению

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

условий работы каскада, - выбор таких элементов каскада, чтобы он обеспечивал заданные параметры по переменному току (напряжению). - диагностика (проверка) спроектированного каскада.

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

6.6 Параметры усилительного каскада

458Каскад ОЭ  Проектирование (синтез) электронных схем сводится к решению трех задач: - определение режима по постоянному

Слайд 511Для анализа схемы необходимо получить соотношения, связывающие параметры каскада с

параметрами схемы. Введем ограничения: - транзистор заменили его эквивалентной

схемой, - рассматриваем только переменные составляющие токов и напряжений, - значения этих токов и напряжений малы по амплитуде, поэтому эквивалентную схему можно считать линейной.

458

Каскад ОЭ

Для анализа схемы необходимо получить соотношения, связывающие параметры каскада  с параметрами схемы.   Введем ограничения:

Слайд 512 Выберем такую частоту и такие величины емкостей, чтобы

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

не учитывать (замкнуть).

ХС =

1

2·π·ƒ С

Каскад ОЭ

Выберем такую частоту и такие величины емкостей, чтобы емкостные сопротивления оказались много меньше остальных сопротивлений

Слайд 513Преобразуем схему согласно условиям



Rc
Э
Ес

Rк Rн

Uн =

Uвых



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



Преобразуем схему согласно условиямRcЭЕсRк  Rн      Uн =

Слайд 514Поэтому цепь RЭ, СЭ тоже можно замкнуть.
Цепь эмиттера
ХСэ


Выберем такую емкость СЭ, чтобы хорошо выполнялось условие для переменного

тока

В результате расчетная эквивалентная схема каскада при включении транзистора по схеме ОЭ выглядит следующим образом.



+ СЭ





Поэтому цепь RЭ, СЭ тоже можно замкнуть.Цепь эмиттера ХСэ

Слайд 515Оказалось, что RК и RН включены параллельно, заменим их одним

RКН
464







Б rб
B·iб

Uвх
rк*

К
Э
ЕС

RК RН

UН = Uвых



iвх =iб

iвых =iк

RК·RН


RКН = Rк//Rн =

RК + RН

Rб = Rб1//Rб2


Каскад ОЭ

Оказалось, что RК и RН включены параллельно, заменим их одним RКН464Б     rб B·iбRСUвхrк*rэКЭЕСRК

Слайд 516 Определим параметры каскада
Учтем также, что rк >> rэ

и rк >> RКН.
*
*
Кi = iвых /iвх =

iк/iб = В

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

·

465

Определим параметры каскадаУчтем также, что rк >> rэ и rк >> RКН. * *Кi =

Слайд 517параметры каскада
Определим КU через режим работы транзистора
RВХ = [rб +

(В + 1)·rэ]; (В + 1)·rэ >> rб; В

>> 1.

rэ = φт / iэ; φт -- температурный потенциал.

Кu = В

Rкн

(В + 1)

·


φт



Rкн

·


φт

·


φт

= S – крутизна транзистора.

Кu ≈ S·

RКН

466

RКН =

RK·RН

RK + RH

параметры каскадаОпределим КU через режим работы транзистораRВХ = [rб + (В + 1)·rэ];  (В + 1)·rэ

Слайд 518Оценим значения параметров
Параметры схемы: - RН = ∞ (нагрузка отключена холостой

ход),
- h11 = 100 Oм, - В = 100.
= 100

= 1000

- RК = 1000 Ом = 1 кОм,

КU = UВЫХ/UВХ = В


RВХ

1000

100

RВЫХ ≈ RК = 1000 Ом.

RВХ

= h11э ≈ 100 Ом.

Кp.max = Рвых/Рвх =КI ·Кu = В·В·


RВХ

Кp.max ≈ 100·100·10 = 10 .

5

467

Оценим значения параметровПараметры схемы: - RН = ∞ (нагрузка  отключена холостой ход), - h11 = 100

Слайд 519о
Параметры каскада ОК
Обратимся к коллекторным характеристикам. Сопротивления Rк

и Rн по переменному току включены параллельно, поэтому нагрузочная прямая

по переменному току пойдет круче но через рабочую точку.


Uкэ

РТ




о

RКН = RK//RH


о

о

оПараметры каскада ОК   Обратимся к коллекторным характеристикам. Сопротивления Rк и Rн по переменному току включены

Слайд 520Принципиальная схема каскада
о
6.6.2 Каскад ОБ
Uвых = Uн



Rб1


Rб2


Ес

С1

+
+ С2
Сф

VT


iвх

Принципиальная схема каскадао   6.6.2 Каскад ОБUвых = UнRб1RкRб2ЕсRсС1  ++  С2СфRнVTiнiэiвх

Слайд 521 Учтем предыдущие ограничения и эквивалентную схему ОБ можно

представить следующим образом.
α - статический коэффициент передачи тока эмиттера.
о
Эквивалентная схема








α·iэ

Rc Rб

Uвх



К

Б

Ес


Rк Rн Uн = Uвых



iвх =iэ

iвых =iк

Э


ХС1<< Rб2, ХС2 << Rн, Rкн = Rк//Rн =

Rк·Rн

Rк + Rн

Учтем предыдущие ограничения и эквивалентную схему ОБ можно представить следующим образом.α - статический коэффициент передачи

Слайд 522Параметры усилительного каскада ОБ
КIб = iвых /iвх = iк/iэ =

α
Кuб = Uвых/Uвх = (Rкн·iк)/(Rвх·iэ) = α
Rкн
Rвых

≈ Rк


Uвх = rэ·iэ + iэ(1- α)rб = iэ [rэ + (1- α)·rб] .

Но (1– α)·rб << rэ, iвх ≈ iэ

·

Rвх.б = Uвх/iвх ≈ rэ.

Кp = Рвых/Рвх =КIб ·Кuб = α·α·

Rкн


471

Параметры усилительного каскада ОБКIб = iвых /iвх = iк/iэ = α Кuб = Uвых/Uвх = (Rкн·iк)/(Rвх·iэ) =

Слайд 523 Таким образом, каскад ОБ имеет низкое входное сопротивление

и применяется для согласования низкоомного выходного сопротивления источника сигнала с

входом усилителя.

Если принять то

Коэффициент усиления по току примерно равен единице - повторитель тока. Каскад ОБ является усилителем напряжения.

о

Параметры усилительного каскада ОБ

α = 0,95 – 0,99 ≈ 1.

rэ ≈ φт/ .


iэ = 1мА,

rэ ≈ 25Ом.

Таким образом, каскад ОБ имеет низкое входное сопротивление и применяется для согласования низкоомного выходного сопротивления

Слайд 524 Принципиальная схема каскада
6.6.3 Каскад ОК


Rб1





Ес

С1 +
+

С2
Сф

VT


Uвых

Принципиальная схема каскада 6.6.3 Каскад ОКRб1RкRэЕсRсС1  ++  С2СфRнVTiнiбUвых

Слайд 525471
Эквивалентная схема







Б rб
B·iб
Rc Rб
Uвх
rк”

Э
К
Ес


iвх =iб
iвых

=iэ

ХС1


Rэ·Rн

Rэ + Rн

В = h21э

Uвых

Rэ Rн

471Эквивалентная схемаБ     rб B·iбRc RбUвхrк”rэЭКЕсiвх =iбiвых =iэХС1

Слайд 526Параметры каскада ОК
472
Rвх = h11э + (В+1)Rэн.
Rвх = Uвх/iвх =

rб + (В+1 )·[rк”//(rэ+Rэн)]
Но rк” >>(rэ+Rэн), rэ

больших значениях В и Rэн

Rвх ≈ В·Rэн ≈ В·Rэ

Rвхmax ≈ rб + (В+1)·rк’ ≈ rк’

КIк = iвых /iвх = iэ/iб = (В+1)

Rвых = rэ + (rб + Rс)/(В+1)

При больших значениях В (В>>1) и Rс 0,

Rвых ≈ rэ

Параметры каскада ОК472Rвх = h11э + (В+1)Rэн.Rвх = Uвх/iвх = rб + (В+1 )·[rк”//(rэ+Rэн)]Но rк” >>(rэ+Rэн), rэ

Слайд 527о
Параметры каскада ОК
Uвх = Rвх·iб, Uвых = Rэн·iэ,
Кuк

= Uвых/Uвх = (Rэн iэ)/(Rвхiб)
(В + 1)·Rэн
h11э +

(В+1)·Rэн

Кuк =

Кuк ≤ 1

Кpк = Рвых/Рвх =КI ·Кu = ( В + 1)·1 ≈ В

оПараметры каскада ОК Uвх = Rвх·iб,  Uвых = Rэн·iэ,Кuк = Uвых/Uвх = (Rэн iэ)/(Rвхiб) (В +

Слайд 528475
Таким образом, каскад ОК имеет

следующие

особенности: -- высокое входное сопротивление Rвх ≈ В·Rэ (В >>1), -- малое выходное сопротивление Rвых ≈ rэ, -- коэффициент усиления по напряжению равен единице.

Последнее обстоятельство говорит о том, что каскад является повторителем входного напряжения по амплитуде и по фазе. Поэтому у него имеется персональное название «Эмиттерный повторитель».

475     Таким образом, каскад ОК имеет следующие

Слайд 529476
Параметры каскада ОК
Используется такой каскад для согласования

выходного сопротивления источника сигнала с нагрузкой.
В

каскаде ОК действует 100 процентная отрицательная обратная связь по току.
Поэтому в каскаде не применяют методы термостабилизации.
476Параметры каскада ОК   Используется такой каскад для согласования выходного сопротивления источника сигнала с нагрузкой.

Слайд 530о
Параметры каскада ОК
Пример
Примем ·iэ = 1 мА, rэ ≈

25 Ом, В = 100, h11э = 100 Ом,
Rэн

= 1000 Ом.
При этих условиях
Rвых ≈ rэ = 25 Ом,
Rвх ≈ В·Rэн ≈ 100 кОм.

Это говорит о том, что каскад ОК является хорошим
источником напряжения.


RВЫХ ≈ rэ

Ес




RН >> rэ

оПараметры каскада ОКПримерПримем ·iэ = 1 мА,  rэ ≈ 25 Ом, В = 100, h11э =

Слайд 5316.7 Методы улучшения параметров каскадов
Полученные соотношения позволяют

более осознанно подходить к проектированию электронных схем, содержащих биполярные структуры.
Кuэ

= В

RКН

RВХ

Коэффициент усиления по напряжению каскада ОЭ

Для увеличения коэффициента усиления необходимо: - увеличивать В, - увеличивать Rк, - увеличивать Rн, - уменьшать Rвх.

478

6.7 Методы улучшения параметров каскадов   Полученные соотношения позволяют более осознанно подходить к проектированию электронных схем,

Слайд 532
Анализ параметров каскадов
1. Существенно увеличить коэффициент В можно с

помощью составного транзистора
Б
К
Э
VT1
VT2
Общий коэффициент усиления
В ≈ В1·В2.

∑Анализ параметров каскадов1.  Существенно увеличить коэффициент В можно с помощью составного транзистораБКЭVT1VT2Общий коэффициент усиления В

Слайд 533
Эмиттерный повторитель на составном транзисторе схема Дарлигтона
К
VT1
VT2
В ≈ В1·В2.


+EП

UВХ
UВЫХ

∑Эмиттерный повторитель на составном транзисторе схема ДарлигтонаКVT1VT2В  ≈ В1·В2.RЭ+EПUВХUВЫХ

Слайд 534Эмиттерный повторитель на составном транзисторе схема Шиклаи
С1
VT1
VT2


+EП

UВХ
UВЫХ
С2

Эмиттерный повторитель на составном транзисторе схема ШиклаиС1VT1VT2RЭ+EПUВХUВЫХС2

Слайд 535Параметры каскада ОК
2. Для увеличения Кuэ необходимо увеличивать
Rк.

Однако увеличивать сопротивление Rк до бесконечности нельзя, поскольку

транзистор может оказаться в режиме отсечки
коллекторного тока и перестанет усиливать.
Кроме того, существует ограничение, состоящее в том, что сопротивление Rк включено параллельно сопротивлению rк’
Rк// rк’ и параллельно сопротивлению нагрузки.

359

Параметры каскада ОК2. Для увеличения Кuэ необходимо увеличивать Rк.    Однако увеличивать сопротивление Rк до

Слайд 536Параметры каскада ОК
Rк.
Для увеличения КUЭ необходим такой

элемент электроники, сопротивление которого было бы разным для постоянного и

переменного токов.
В качестве такого элемента можно применить биполярный или полевой транзисторы.

360

Параметры каскада ОКRк.   Для увеличения КUЭ необходим такой элемент электроники, сопротивление которого было бы разным

Слайд 537361
Параметры каскада ОК
Идеальным элементом в этом смысле является

биполярный транзистор, включенный по схеме ОБ.
Его коллекторные вольт-амперные характеристики идут

почти параллельно оси напряжения Uкэ.
Напряжение Uкэ может изменяться от единиц вольт до десятков вольт, а ток коллектора изменяется при этом на единицы миллиампер.

Транзистор в этом случае является источником стабильного тока или генератором стабильного тока – ГСТ.

361Параметры каскада ОК  Идеальным элементом в этом смысле является биполярный транзистор, включенный по схеме ОБ.Его коллекторные

Слайд 538о
Источник тока




Rвых



Если Rвых >> Rн, то ток

в цепи будет определяться выходным сопротивлением источника Е.
Е
о
о
Например.

Е = 10 В, Rвых = 20 Ом, Rн = 1 Ом. Ток Iн = Е/(Rн + Rвых) = 0,47 А. Изменим нагрузку вдвое Rн = 2 Ом. При этом ток Iн = 0,45 A. Таким образом, нагрузка изменилась на 50%, а ток в ней всего на 3%.



оИсточник токаRвыхRнIн Uн  Если Rвых >> Rн, то ток в цепи будет определяться выходным сопротивлением источника

Слайд 539*
Режим транзистора по постоянному току можно выбрать

любым, например, Uк = 5В, Iк = 1мА. При

этом R0 = Uк/Iк = 5кОм. Это сопротивление коллекторной цепи транзистора постоянному току.

Для переменного тока (изменений тока и напряжения) дифференциальное сопротивление коллекторной цепи равно rд = ∆Uк/∆Iк = r*к .
Величина сопротивления rк* составляет
(10 ÷ 100) кОм для маломощных транзисторов.

*   Режим транзистора по постоянному току можно выбрать любым, например, Uк = 5В,

Слайд 540*
Для транзистора, включенного по схеме ОБ,
сопротивление коллекторной

цепи rк = В·rк*.
Кuэ = В
RКН
RВХ
Для увеличения

Кuэ необходимо увеличивать

RН.

Однако нагрузка каскада RН задана и, зачастую, RН << RВЫХ.

*  Для транзистора, включенного по схеме ОБ, сопротивление коллекторной цепи rк = В·rк*.Кuэ = В RКН

Слайд 541Параметры каскада ОК
Для согласования высокоомного выходного сопротивления

каскада с низкоомной нагрузкой используется каскад ОК. Его

большое входное сопротивление не нагружает предыдущий каскад, а низкоомный выход не нагружается нагрузкой.

364

Rвх = h11э + (В+1)Rэн.

Но h11э << (В+1)Rэн, а В >> 1.

RВХ ≈ В·RЭН.

Параметры каскада ОК   Для согласования высокоомного выходного сопротивления каскада с низкоомной нагрузкой используется каскад ОК.

Слайд 542Параметры каскада ОК
365
Rвх ≈ В·Rэн.
Для увеличения входного сопротивления

RВХ необходимо увеличивать сопротивление RЭ.
Однако беспредельное увеличение

этого сопротивления невозможно.
Поэтому в цепь эмиттера также необходимо включить генератор стабильного тока - ГСТ.
Параметры каскада ОК365Rвх ≈ В·Rэн.  Для увеличения входного сопротивления RВХ необходимо увеличивать сопротивление RЭ.

Слайд 543 Например. Е = 10 В, Rвых = 1

Ом, Rн = 20 Ом. Напряжение Uн = Е·Rн/(Rн +

Rвых) = 9,52 В. Изменим нагрузку вдвое Rн = 10 Ом. Напряжение Uн = 9,1 В. Таким образом, нагрузка изменилась на 50%, а напряжение на ней всего на 5%.

Источник напряжения

о





Rвых




Е

о

о

Если Rвых << Rн, то ток в цепи будет определяться сопротивлением нагрузки и напряжением источника Е. Это свойство источника напряжения.



Например. Е = 10 В, Rвых = 1 Ом, Rн = 20 Ом.  Напряжение

Слайд 544Пример источника напряжения
о




R

Может изменяться входное напряжение Е, ток нагрузки

Iн, а рабочая точка будет перемещаться по

ВАХ диода и изменение напряжения на диоде составит десятые доли вольта.


Е

о

о

Диод включен в прямом направлении, к его аноду прикладывается положительное напряжение источника Е. Это свойство источника напряжения.

д

+

о

РТ

Uпр

Iпр

Uд = Uн

Пример источника напряженияоRRн Может изменяться входное напряжение Е, ток нагрузки   Iн,  а рабочая точка

Слайд 545Подключение каскада ОК
Его большое входное сопротивление не нагружает

предыдущий каскад, а низкоомный выход не нагружается нагрузкой.
370
Ес
~

С1



Rб1

Rб2
Ек

iвх

С2


Сэ

Rэ1



Uвх



оэ
ок

Подключение каскада ОК  Его большое входное сопротивление не нагружает предыдущий каскад, а низкоомный выход не нагружается

Слайд 546Параметры каскада
Таким образом, для уменьшения h11э можно увеличить

ток эмиттера (коллектора).
371
Для увеличения Кuэ необходимо уменьшать
Rвх.
Но

Rвх = h11э это свойство выбранного транзистора.

h11 =

rб +

(В+1)·rэ

гэ = φт/IЭ.

h11 =

rб +

(В+1)·

(φт/IЭ).

Параметры каскада  Таким образом, для уменьшения h11э можно увеличить ток эмиттера (коллектора). 371Для увеличения Кuэ необходимо

Слайд 547о
Каскад ГСТ
о
В интегральной схемотехнике в качестве ГСТ используются

схемы «Токовое зеркало».
Генератор стабильного тока ГСТ – электронное

устройство, имеющее большое внутреннее сопротивление для переменного тока и малое для постоянного.
Они относятся к управляемым источникам тока
оКаскад ГСТо  В интегральной схемотехнике в качестве ГСТ используются схемы «Токовое зеркало».  Генератор стабильного тока

Слайд 548о
Каскад ГСТ
При использовании транзистора в качестве ГСТ

следует помнить о следующем:
1. Выходное сопротивление транзистора со

стороны коллектора RВЫХ ≈ RК.
2. Выходное сопротивление транзистора со стороны эмиттера RВЫХ ≈ rэ т.е

RК >> rэ.

Чтобы источник тока был ближе к идеальному, необходимо, чтобы ток втекал в коллекторную цепь или вытекал из нее.

оКаскад ГСТ   При использовании транзистора в качестве ГСТ следует помнить о следующем: 1. Выходное сопротивление

Слайд 549374



VT1
R3
R1


R2
VT2


VT3
+
Схема «токовое зеркало»
Транзистор VT1 – рабочий, включенный по схеме

ОК. Вместо сопротивления Rэ включен транзистор VT2, работающий в режиме ГСТ Режим транзистора VT2

по постоянному току задается делителем напряжения R3, VT3, R2. В данном случае ток втекает в ГСТ.

Uвых


374VT1R3R1R2VT2VT3+ Схема «токовое зеркало» Транзистор VT1 – рабочий, включенный по схеме ОК. Вместо сопротивления Rэ включен транзистор

Слайд 550375

Транзистор 2 охвачен 100%-ной обратной связью, т.к. его

выход (вывод коллектора) соединен с входом (вывод базы). Этот транзистор

включен диодом. Ток, протекающий в цепи базы, приблизительно в h21э раз меньше тока в цепи коллектора:
IK1 ≈ h21э1IБ1
Если транзистор 3, эмиттерный переход которого подключен параллельно эмиттерному переходу транзистора 2, имеет полностью идентичные характеристики, то в цепи его базы потечет ток IБ2 = IБ1 .
Соответственно равны и токи коллектора IК1 =IК2
375  Транзистор 2 охвачен 100%-ной обратной связью, т.к. его выход (вывод коллектора) соединен с входом (вывод

Слайд 551376

Каскад ГСТ
ГСТ можно включить в коллекторную цепь усилительного

транзистора VT1.
В данном случае ток вытекает из токостабилизирующего транзистора

VT2. Напряжение на базе VT2 застабилизировано делителем, поэтому транзистор включен по схеме ОБ.

При такой схеме включения дифференциальное сопротивление коллекторной цепи rк составляет сотни килоом.

376Каскад ГСТ  ГСТ можно включить в коллекторную цепь усилительного транзистора VT1. В данном случае ток вытекает

Слайд 552377

Усилительный каскад с ГСТ
ГСТ включим в коллекторную цепь

усилительного транзистора VT1.
Ес

~

С1


Rб1
Rб2



iвх


С2



Сэ



Uвых = Uн
Uвх
R1


VT1

R2
R3
VT2
VT3

+
Еп

377Усилительный каскад с ГСТ  ГСТ включим в коллекторную цепь усилительного транзистора VT1. Есiб~С1Rб1Rб2iвхiк С2Сэiн RэRнUвых =

Слайд 553о

Каскад ГСТ
Но транзистор VT2 является коллекторной нагрузкой усилительного

транзистора VT1.
Кuэ = В
Rвх
Rк//Rн

Теоретические расчеты и экспериментальные исследования показывают, что усилительный каскад с резистивной коллекторной нагрузкой может иметь коэффициент усиления KUэ в пределах 120 – 150,
динамическая нагрузка – ГСТ – увеличивает коэффициент усиления до 2500.
оКаскад ГСТ  Но транзистор VT2 является коллекторной нагрузкой усилительного транзистора VT1. Кuэ = В Rвх Rк//Rн

Слайд 554о

Каскад ГСТ
Кuэ = В
Rвх
Rк//Rн
Этот эффект

возможен в случае, если
Rн >> Rк. Для согласования с низкоомной

нагрузкой необходимо включать каскад ОК.
оКаскад ГСТКuэ = В Rвх Rк//Rн   Этот эффект возможен в случае, если Rн >> Rк.

Слайд 555о

Каскад с ГСТ
Видим, что для организации ГСТ необходимо

несколько разнородных элементов в том числе – резисторы, изготовление которых

достаточно сложное в интегральной технологии. Кроме того, ГСТ потребляет дополнительную энергию от источника питания. Все это привело к разработке ГСТ на основе полевого транзистора со встроенным каналом. У этого транзистора при Uзи = 0 протекает начальный ток канала.
оКаскад с ГСТ  Видим, что для организации ГСТ необходимо несколько разнородных элементов в том числе –

Слайд 556о

Каскад с ГСТ
Стоковая ВАХ полевого транзистора со встроенным

каналом.




Ic
Uз < 0
Uз = 0
Uз > 0


Uc

Eп



РТ

Ic

оКаскад с ГСТ  Стоковая ВАХ полевого транзистора со встроенным каналом.Ic Uз < 0 Uз = 0

Слайд 557о

Каскад с ГСТ
Ес

~

С1


Rб1
“Rк”
Rб2



iвх


С2



Сэ




Uвых = Uн
Uвх

Усилительный каскад с динамической нагрузкой
+

Еп

оКаскад с ГСТЕсiб~С1Rб1“Rк”Rб2iвхiк С2Сэiн RэRнUвых = UнUвхУсилительный каскад с динамической нагрузкой+     Еп•

Слайд 558о

6.8 Усилители на полевых транзисторах

о6.8 Усилители на полевых транзисторах

Слайд 559о

6.8 Усилители на полевых транзисторах
Усилительные каскады на полевых

транзисторах управляются напряжением, приложенному или к закрытому n-p-переходу (в транзисторах

с управляющим n-p-переходом), или между электрически изолированным затвором и подложкой, которая часто соединяется с одним из электродов транзистора (в МДП-транзисторах)
о6.8 Усилители на полевых транзисторах  Усилительные каскады на полевых транзисторах управляются напряжением, приложенному или к закрытому

Слайд 560о

Усилители на полевых транзисторах
Ток затвора в усилительных каскадах, собранных на

полевых транзисторах, очень мал, поэтому считается, что мощность от источника

сигнала не потребляется. Считается также, что входное сопротивление усилительных каскадов на полевых транзисторах бесконечно большое.
оУсилители на полевых транзисторахТок затвора в усилительных каскадах, собранных на полевых транзисторах, очень мал, поэтому считается, что

Слайд 561о

Усилители на полевых транзисторах
В качестве примера рассмотрим усилитель

с резистивно-емкостными связями с динамической нагрузкой по постоянному току.

Усилительный транзистор включен по схеме общий исток. Используем транзистор с каналом n-типа.


оУсилители на полевых транзисторах  В качестве примера рассмотрим усилитель с резистивно-емкостными связями с динамической нагрузкой по

Слайд 562о

Усилители на полевых транзисторах
Для этого транзистора начальное напряжение Uзи должно

быть положительным, т.к p-n-переход должен находиться под запирающим напряжением.

С целью получения этого напряжения в цепь истока включают резистор Rи, на котором возникает падение напряжения URи от протекания по нему начального тока истока IСН. Напряжение URи через резистор R3 передается на затвор.

оУсилители на полевых транзисторахДля этого транзистора начальное напряжение Uзи должно быть положительным, т.к p-n-переход должен находиться под

Слайд 563387

Усилительный транзистор включен по схеме общий исток.

Используем транзистор с каналом n-типа.


Ес

~

С1







С2




СИ





Uвых = Uн

Uвх


+ Еп





URз

URи



ГСТ

387  Усилительный транзистор включен по схеме общий исток.     Используем транзистор с каналом

Слайд 564о

Усилители на полевых транзисторах
Но ток затвора полевого

транзистора очень мал, поэтому падение напряжения на сопротивлении R3 практически

равно нулю, при этом URи = UЗИ. Рассмотренную схему обеспечения начального режима работы транзистора называют схемой с автоматическим смещением. Если задан начальный ток стока (IСН = IИН) и начальное напряжение между затвором и истоком UЗИН, то сопротивление RИ следует выбирать согласно соотношению RИ = (UЗИН)/(IСН).
оУсилители на полевых транзисторах   Но ток затвора полевого транзистора очень мал, поэтому падение напряжения на

Слайд 565о

Сопротивление RЗ обычно выбирают порядка 1 МОм.

Рассматриваемая схема обеспечения режима работы транзистора характеризуется повышенной стабильностью.

Сопротивление RИ вносит отрицательную обратную связь по постоянному току аналогично сопротивлению Rэ для каскада на биполярном транзисторе. Если по каким-либо причинам начальный ток стока IСН начнет увеличиваться, то это приведет к увеличению напряжений URИ и UЗИ, что будет препятствовать значительному увеличению тока IСН.
о   Сопротивление RЗ обычно выбирают порядка 1 МОм.   Рассматриваемая схема обеспечения режима работы

Слайд 566391

У полевых транзисторов с индуцированным каналом принципиально необходима подача напряжения

смещения от внешнего источника. Без такого смещения рабочей

точки транзистор будет заперт. Температурная стабилизация осуществляется также за счет последовательной обратной связи, которая вводится с помощью резистора UИ, включенного в цепь источника.
391У полевых транзисторов с индуцированным каналом принципиально необходима подача напряжения смещения от внешнего источника.

Слайд 567о

У полевых транзисторов с индуцированным каналом принципиально необходима подача напряжения

смещения от внешнего источника.
Ес
~
С1


R2


С2



СИ




Uвх
+ Еп



URз



R1

оУ полевых транзисторов с индуцированным каналом принципиально необходима подача напряжения смещения от внешнего источника.Ес~С1RСR2С2СИiн RИRнUвх+

Слайд 568о

МДП транзисторы с индуцированным каналом







С
И
З
Металл Al
SiO2
n-
n-типа
p -
+
p -
+
П -подложка


+ - Uси
- Uзи
Ic
Транзистор может

работать только в режиме обогащения.
оМДП транзисторы с индуцированным каналомСИЗМеталл AlSiO2n-n-типаp -+p -+П -подложка +     - Uси- Uзи

Слайд 569394

ХСи

394   			ХСи

Слайд 570о

Назначение конденсаторов С1, С2 и СИ аналогично

назначению соответствующих конденсаторов RC-усилителя на биполярном транзисторе а именно для

разделения постоянной и переменой составляющих токов и напряжений. Обратная связь на переменном токе устраняется путем шунтирования резистора RИ конденсатором большой емкости так, чтобы в диапазоне рабочих частот выполнялось условие
ХСи << RИ.
о   Назначение конденсаторов С1, С2 и СИ аналогично назначению соответствующих конденсаторов RC-усилителя на биполярном транзисторе

Слайд 571о

С целью повышения коэффициента усиления каскада на полевом транзисторе

вместо сопротивления RC включают также активный прибор - транзистор.

ЕП
R2

VT2



СИ





R1


VT1

UВХ

о С целью повышения коэффициента усиления каскада на полевом транзисторе вместо сопротивления RC включают также активный прибор

Слайд 572о

Затвор транзистора 2 электрически соединен со стоком, то

UCИ = UЗИ. По семейству стоковых характеристик находится значение тока

стока для различных напряжений на затворе. Получаем нелинейную нагрузочную прямую для транзистора 1. По двум стоковым характеристикам строится передаточная или проходная характеристика каскада.
По ней можно определить рабочий режим транзисторов и коэффициент передачи каскада.
о  Затвор транзистора 2 электрически соединен со стоком, то UCИ = UЗИ.  По семейству стоковых

Слайд 573о

Анализ усилительных каскадов на полевых транзисторах проводят аналитическим методом.

Эквивалентную схему для режима малого сигнала, характеризующую приращения статических токов

и напряжений под влиянием входного управляющего сигнала получают, заменяя активные приборы в принципиальной схеме на их эквивалентные схемы. При этом считается, что все источники постоянного тока замкнуты накоротко.
оАнализ усилительных каскадов на полевых транзисторах проводят аналитическим методом.   Эквивалентную схему для режима малого сигнала,

Слайд 574о

Упрощенная эквивалентная схема усилительного каскада на полевом транзисторе
.




С
З
И


S·Uзи



о



Uвх
RЗС
RЗИ

оУпрощенная эквивалентная схема усилительного каскада на полевом транзисторе. ZнСЗИRсZиS·UзиоRЗUвхRЗСRЗИ

Слайд 575
Усилитель на полевом транзисторе
Каскад управляется входным напряжением, которое

изменяет ток транзистора. Последовательно с ним включен резистор Rc.

Изменение тока через этот резистор приводит к изменению падения напряжения на нем, которое во много раз больше входного сигнала.
Усилитель на полевом транзисторе  Каскад управляется входным напряжением, которое изменяет ток транзистора. Последовательно с ним включен

Слайд 576
Стокозатворная характеристика Ic = ƒ(Uзи, Uси)
Uзи В
Ic мА

4
2
-

2,0 -

1,0

iC


UВХ В

t

t

Стокозатворная характеристика Ic = ƒ(Uзи, Uси) Uзи В Ic мА42- 2,0

Слайд 577
Усилитель на полевом транзисторе




Ic
Uз > 0

Uз =

0
Uc
Eп
Uвх

Ic
о
RC
RC//Zн
Uвых

Усилитель на полевом транзистореIc Uз > 0 UЗ Uз = 0 Uc Eп Uвх • Ic оRCRC//ZнUвых

Слайд 578
6.9 Схемы обеспечения рабочего режима активного элемента
.

6.9 Схемы обеспечения рабочего режима активного элемента.

Слайд 579Если Uвх < Uд, то диод закрыт.

Делитель напряжения с элементом,


имеющим нелинейную ВАХ


R

Uвых
о
о

+
о
РТ
Uпр
Iпр
Uд = Uвых
Uвх
о
о
Iпр
Если R >>

rд , Uвх > Uд ,
то диод открыт и на нем имеется напряжение

*

Uд = Uвых.

*

Напряжение для Si равно 0,65 В, для Ge – 0.2 B.

Если диод открыт,
то Кu = Uвых/Uвх = 0.65/Uвх

Если Uвх < Uд, то диод закрыт.Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХRUвыхооrд+оРТUпрIпр Uд = Uвых UвхооIпр

Слайд 580281

Делитель напряжения с элементом,
имеющим нелинейную ВАХ


R
Uвых
о
о


Uобр
Iобр
Uпробоя
Uвх
о
о
+
Диод включен

в обратном направлении.
rд >> R, Uвх < Uпробоя. Кu =

Uвых/Uвх ≈ 1.

Iобр

281Делитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХRUвыхооrд–UобрIобр Uпробоя Uвхоо+Диод включен в обратном направлении. rд >> R, Uвх

Слайд 581о

Делитель напряжения с элементом,
имеющим нелинейную ВАХ


R
Uвых = UБЭ
Переход Б-Э

является обычным p-n-переходом, включенным в прямом направлении.
о
о
+
Uвх
о
о
I
I =
Uвх –

0.6 B

R

оДелитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХRUвых = UБЭПереход Б-Э является обычным  p-n-переходом, включенным в прямом

Слайд 582о

Делитель напряжения с элементом,
имеющим нелинейную ВАХ
о
РТ
Uбэ

Uб = 0,65В


о
20 С
о
I
R

оДелитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХоРТUбэIб Uб = 0,65В о20 СоI R

Слайд 583о

Делитель напряжения с элементом,
имеющим нелинейную ВАХ
Как изменится напряжение на базе

при изменении температуры, если ТКН = - 2 мВ/ С.

- уменьшится на 80 мВ.

о

РТ

Uбэ


Uб = 0,65В

о

20 С

60 С

о

о

о

I

оДелитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХКак изменится напряжение на базе при изменении температуры, если  ТКН

Слайд 584о

Делитель напряжения с элементом,
имеющим нелинейную ВАХ
Как изменится напряжение на

базе
о
РТ
Uбэ

UBX
о
t

оДелитель напряжения с элементом, имеющим нелинейную ВАХКак изменится напряжение на базеоРТUбэIб UBX оt

Слайд 585283

Ограничитель напряжения со стабилитроном КС147А


R
Uвых
о
о

4,7В
Uпр
Iпр
Um > 4,7В, R >

rд.
Uвх=Um·sinωt
о
о
t
0,6В
0,6В
Ucт = 4,7В
Uвх
Uвых

283Ограничитель напряжения со стабилитроном КС147АRUвыхооrд4,7ВUпрIпр Um > 4,7В, R > rд.Uвх=Um·sinωtооt0,6В0,6ВUcт = 4,7В UвхUвых

Слайд 586 На прямой ветви до напряжения 0,6 В

диод закрыт. Его сопротивление много больше сопротивления R, поэтому ток

в цепи не течет. На выходе формируется напряжение, совпадающее по амплитуде, форме, фазе с входным. Если входное напряжение превышает 0,6 В, то диод открывается, его сопротивление становится много меньше сопротивления R, но не равным нулю. Образуется делитель напряжения R – rд.
На прямой ветви до напряжения 0,6 В диод закрыт. Его сопротивление много больше сопротивления

Слайд 587
Образуется делитель напряжения R – rд.


R
Uвых
о
о

Uвх=Um·sinωt
о
о
Uвых = Uвх


R +

Образуется делитель напряжения R – rд. RUвыхооrдUвх=Um·sinωtооUвых = Uвх rдrдR +

Слайд 588На обратной ветви до напряжения Uст стабилитрон также закрыт, его

сопротивление много больше сопротивления R и на выходе формируется напряжение,

аналогичное входному.
На обратной ветви до напряжения Uст стабилитрон также закрыт, его сопротивление много больше сопротивления R и на

Слайд 589
Поменяем местами диод и

стабилитрон
На прямой ветви до напряжения 0,6 В диод закрыт. Его

сопротивление много больше сопротивления R, поэтому ток в цепи не течет. На выходе напряжение отсутствует. Если входное напряжение превышает 0,6 В, то диод открывается, его сопротивление становится много меньше сопротивления R, на выходе формируется напряжение, совпадающее по амплитуде, форме, фазе с входным. Образуется делитель напряжения R – rд.
Поменяем местами диод и стабилитронНа прямой ветви до напряжения 0,6 В диод

Слайд 590415

Ограничитель напряжения со стабилитроном КС147А


R
Uвых
о
о

4,7В
Uпр
Iпр
Um > 4,7В, R >

rд.
Uвх=Um·sinωt
о
о
t
0,6В
0,6В
Ucт = 4,7В
Uвх
Uвых

415Ограничитель напряжения со стабилитроном КС147АRUвыхооrд4,7ВUпрIпр Um > 4,7В, R > rд.Uвх=Um·sinωtооt0,6В0,6ВUcт = 4,7В UвхUвых

Слайд 591Применение выпрямительных диодов
U=Um·sinωt

VD



~
ωt
U

Uн.ср
t1
t2
Uн.ср = 1/2π∫Um·sinωt dωt = 0.45·U
0
π

Применение выпрямительных диодовU=Um·sinωtVDRнUн~ωtUUнUн.срt1t2Uн.ср = 1/2π∫Um·sinωt dωt = 0.45·U0π

Слайд 592417

Применение выпрямительного диода


R
Uвых
о
о

Uпр
Iпр
Uвх=Um·sinωt
о
о
t
0,6В
0,6В
Uвх
Uвых

417Применение выпрямительного диодаRUвыхооrдUпрIпр Uвх=Um·sinωtооt0,6В0,6ВUвхUвых

Слайд 593418

Применение выпрямительного диода


R
Uвых
о
о

Uпр
Iпр
Uвх=Um·sinωt
о
о
t
0,6В
0,6В
Uвх
Uвых

418Применение выпрямительного диодаRUвыхооrдUпрIпр Uвх=Um·sinωtооt0,6В0,6ВUвхUвых

Слайд 594417

Применение выпрямительного диода


R
Uвых
о
о
ЕСМ
Uпр
Iпр
Подадим на диод напряжение смещения.
Uвх=Um·sinωt
о
о
t
Uвх

ЕСМ

417Применение выпрямительного диодаRUвыхооЕСМUпрIпр Подадим на диод напряжение смещения.Uвх=Um·sinωtооtUвхЕСМ

Слайд 595 Некоторые пояснения к курсовому проекту.

Некоторые пояснения к курсовому проекту.

Слайд 596каскад ОЭ
Ес

~

С1


Rб1

Rб2
Ек



iвх

С2
Сэ


Uвых = Uн
Uвх

+
«Забыли» включить сопротивление Rб1.
421

каскад ОЭЕсiб~С1Rб1RкRб2ЕкiвхС2СэRэUвых = UнUвх+«Забыли» включить сопротивление Rб1.421

Слайд 597Что произойдет, если «забыли» включить сопротивление Rб1
Постоянное напряжение на

базе равно нулю, ток базы равен нулю, РТ смещается в

начало координат.


Uбэ

Uкэ > 0

o

620

630

640




мВ

Uвх

t






Uкэ

Iб1


Iб=0

РТ

РТ

Iб1

До напряжения на базе транзистор закрыт.

Что произойдет, если «забыли» включить сопротивление Rб1 Постоянное напряжение на базе равно нулю, ток базы равен нулю,

Слайд 598Что произойдет, если «забыли» включить сопротивление Rб2, сопротивление Rб1 включено


Постоянное напряжение на базе максимальное и равно току базы насыщения.

РТ смещается в конец характеристики. В коллекторной цепи течет Iк.max = Eк/Rк.


Uбэ

o




Uвх

t






Uкэ

Iб1


Iб=0

РТ

РТ

Iб1

Транзистор открыт до насыщения и напряжение на коллекторе минимальное.

Iбнас

Iбнас

Uвых

Что произойдет, если «забыли» включить сопротивление Rб2, сопротивление Rб1 включено Постоянное напряжение на базе максимальное и равно

Слайд 599«Забыли» подключить емкость Сэ
Х

протекали по емкостному сопротивлению.
Сэ
Для постоянных токов и напряжений

ничего не изменилось.

Ес


~








Uвх

+

Сэ

С подключенной емкостью iб = Uвх/h11

С отключенной емкостью ток базы протекает по сопротивлению Rэ и iб = Uвх/(h11+ Rэ), т.е. ток уменьшился.

Уменьшится переменный ток коллектора iк = В·iб

289

«Забыли» подключить емкость СэХ

Слайд 600 Исходный «нормальный» режим работы каскада




Uкэ




Iб=0


РТ
Uвх



Uк =Uвых


Rкн
о
о
-

Постоянная составляющая напряжения на коллекторе
- Переменная составляющая напряжения на коллекторе

-

Переменная составляющая напряжения на коллекторе находится в противофазе с напряжением на входе.

290

Исходный «нормальный» режим работы каскадаIк Uкэ Iб•iб•Iб=0••РТUвхUбIбUкUк =UвыхUкUкRкноо- Постоянная составляющая напряжения на коллекторе- Переменная составляющая

Слайд 601Uвх




о
- Постоянная составляющая напряжения на коллекторе
- Переменная составляющая напряжения на

коллекторе
- Постоянная составляющая напряжения на нагрузке отсутствует

UвхUбUнUкUко- Постоянная составляющая напряжения на коллекторе- Переменная составляющая напряжения на коллекторе- Постоянная составляющая напряжения на нагрузке отсутствует

Слайд 602Лекция 16
Тема 7 1. ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ
1.1 Основные термины и

определения Микроэлектроника – раздел электроники, включающий исследование, конструирование и производство интегральных

микросхем и радиоэлектронной аппаратуры на их основе. Интегральная микросхема (микросхема) – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования, обработки сигнала и (или) накопления информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, рассматриваемое как единое целое.

556

Лекция 16 Тема 7 1. ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ 1.1 Основные термины и определения Микроэлектроника – раздел электроники, включающий

Слайд 603Основы микроэлектроники
Элемент – часть микросхемы, реализующая функцию

какого либо электрорадиоэлемента, которая не может быть выделена как самостоятельное

изделие. Под электрорадиоэлементом понимают транзистор, диод, резистор, конденсатор, соединение и др. Элементы могут выполнять и более сложные функции, например, логические (логические элементы) или запоминания информации (элементы памяти).

Структура ячейки флэш-памяти







С

И

З

SiO2

p-

p-типа GaAs

П -подложка



Нитрид кремния Si3N4

557

Основы микроэлектроники   Элемент – часть микросхемы, реализующая функцию какого либо электрорадиоэлемента, которая не может быть

Слайд 604Основы микроэлектроники
Компонент – часть микросхемы, реализующая функцию

какого либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие.

Компоненты устанавливаются на подложке микросхемы при выполнении сборочно-монтажных операций.
К простым компонентом относятся бескорпусные транзисторы, диоды, малогабаритные катушки индуктивности и др. Сложные компоненты содержат несколько элементов, например, диодные сборки.

558

Основы микроэлектроники   Компонент – часть микросхемы, реализующая функцию какого либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена

Слайд 605559
Бескорпусные транзисторы

559Бескорпусные транзисторы

Слайд 606560
Основы микроэлектроники
С точки зрения внутреннего устройства микросхема представляет

собой совокупность большого числа элементов и компонентов, размещенных на поверхности

или в объеме общей диэлектрической или полупроводниковой подложки. Термин «интегральная» отражает конструктивное объединение элементов и компонентов, а также полное или частичное объединение технологических процессов их изготовления.
560Основы микроэлектроники  С точки зрения внутреннего устройства микросхема представляет собой совокупность большого числа элементов и компонентов,

Слайд 607 Микросхемотехника (интегральная схемотехника) как одна из основ микроэлектроники

охватывает исследования и разработку оптимальных схем. Многие современные микросхемы

являются очень сложными электронными устройствами, поэтому при их описании и анализе используются по меньшей мере два уровня схемотехнического представления. Первый наиболее детальный уровень – это электрическая схема. Она определяет электрические соединения элементов (транзисторов, диодов, резисторов и др.). На этом уровне устанавливается связь между электрическими параметрами схемы и параметрами входящих в нее элементов.

Основы микроэлектроники

561

Микросхемотехника (интегральная схемотехника) как одна из основ микроэлектроники охватывает исследования и разработку оптимальных схем.

Слайд 608 Электрическая схема – условное графическое обозначение электрической цепи.

На электрической схеме изображаются ее элементы – идеализированные модели реально

существующих электрических устройств (транзисторов, диодов, резисторов и др.).
Под электрической цепью понимают совокупность соединенных между собой электротехнических устройств и элементов, по которым может протекать электрический ток.

Основы микроэлектроники

562

Электрическая схема – условное графическое обозначение электрической цепи. На электрической схеме изображаются ее элементы –

Слайд 609 Электрическая схема
Ес
~

С1


Rб1
“Rк”
Rб2


С2

Сэ




+ Еп

563

Электрическая схемаЕс~С1Rб1“Rк”Rб2С2СэRэRн+     Еп•563

Слайд 610 Второй уровень - структурная схема. Она определяет функциональное

соединение отдельных каскадов, описываемых электрическими схемами.
Основы микроэлектроники
Источник питания
Источник сигнала
Нагрузка

усилителя


Усилитель

564

Второй уровень - структурная схема.  Она определяет функциональное соединение отдельных каскадов, описываемых электрическими схемами.

Слайд 611 По функциональному назначению микросхемы подразделяются на аналоговые

и цифровые. В аналоговых микросхемах сигналы изменяются по

закону непрерывной функции. Типовой пример аналоговой микросхемы – операционный усилитель.
Цифровая микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

Основы микроэлектроники

565

По функциональному назначению микросхемы подразделяются на аналоговые и цифровые.    В аналоговых

Слайд 612Основы микроэлектроники
562

Основы микроэлектроники562

Слайд 613Основы микроэлектроники
326

Основы микроэлектроники326

Слайд 614 1.2 Конструктивно-технологические типы ИМС Конструктивно-технологическая классификация микросхем

учитывает способы изготовления и получаемую при этом структуру. По

конструктивно-технологическим признакам различают полупроводниковые и гибридные микросхемы.
В полупроводниковой микросхеме все элементы и междуэлементные соединения выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Структура, содержащая элементы, межэлементные соединения и контактные площадки, называется кристаллом интегральной микросхемы.

Основы микроэлектроники

568

1.2 Конструктивно-технологические типы ИМС   Конструктивно-технологическая классификация микросхем учитывает способы изготовления и получаемую при

Слайд 615Кристалл интегральной микросхемы

Кристалл интегральной микросхемы

Слайд 616 Основным полупроводниковым материалом МС в настоящее время является

кремний. Важное конструктивно-технологическое преимущество кремния связано со свойствами слоев диоксида

кремния, получаемых на его поверхности при окислении (двуокись кремния SiO2). Эти слои используют в качестве масок при локальном легировании кремния примесями, для изготовления элементов, в качестве подзатворного диэлектрика МДП-транзистора, а также для защиты поверхности кристалла от влияния окружающей среды и др.

Конструктивно-технологические типы ИМС

570

Основным полупроводниковым материалом МС в настоящее время является кремний. Важное конструктивно-технологическое преимущество кремния связано со

Слайд 617 Достаточно большая ширина запрещенной зоны кремния обуславливает малые

обратные токи p-n-переходов, что позволяет создавать микросхемы, работающие при повышенных

температурах до 125 оС. В некоторых микросхемах слой кремния, в котором формируются элементы, выращивают на диэлектрической подложке, в частности из сапфира ( структура типа «кремний на сапфире»). Она обеспечивает повышенную радиационную стойкость.

Конструктивно-технологические типы микросхем

571

Достаточно большая ширина запрещенной зоны кремния обуславливает малые обратные токи p-n-переходов, что позволяет создавать микросхемы,

Слайд 618 Разновидностью полупроводниковых МС являются совмещенные микросхемы,

в которых транзисторы размещаются в активном слое кремния, а пленочные

резисторы и диоды, как и проводники, на слое двуокиси кремния.

Конструктивно-технологические типы микросхем

572

Разновидностью полупроводниковых МС являются совмещенные микросхемы, в которых транзисторы размещаются в активном слое

Слайд 619 Основным активным элементом микросхем являются биполярные транзисторы типа

n-p-n. Кроме того используются диоды на основе p-n-переходов и переходов

металл-полупроводник (диоды Шотки), полупроводниковые резисторы, пленочные резисторы, изготовляемые в поликристаллическом слое кремния.

Конструктивно-технологические типы микросхем

573

Основным активным элементом микросхем являются биполярные транзисторы типа n-p-n. Кроме того используются диоды на основе

Слайд 620 Основным элементом МДП-микросхем являются МДП-транзисторы с каналом n-типа.

Площадь этих транзисторов на кристалле значительно меньше, чем биполярных, поэтому

для микросхем на n-канальных МДП-транзисторах достигается самая высокая степень интеграции. Но они уступают биполярным структурам по быстродействию из-за наличия относительно большой распределенной емкости.

Конструктивно-технологические типы микросхем

574

Основным элементом МДП-микросхем являются МДП-транзисторы с каналом n-типа. Площадь этих транзисторов на кристалле значительно меньше,

Слайд 621 В комплементарных МДП-микросхемах применяют МДП – транзисторы с

индуцированными каналами n- и р- типа. Для этих микросхем характерна

очень малая потребляемая мощность от источника питания.

Конструктивно-технологические типы микросхем




Uвх

Uвых

+ Еп

n-типа

р-типа

См

575

В комплементарных МДП-микросхемах применяют МДП – транзисторы с индуцированными каналами n- и р- типа. Для

Слайд 622 Гибридная интегральная микросхема содержит пленочные пассивные элементы и

навесные активные компоненты. На диэлектрическую подложку наносятся пленочные резисторы

и пленочные конденсаторы. На подложку устанавливаются также бескорпусные биполярные структуры с проволочными выводами. Выводы соединяются с металлическими слоями других компонент с помощью пайки или компрессионной сварки.

Конструктивно-технологические типы микросхем

576

Гибридная интегральная микросхема содержит пленочные пассивные элементы и навесные активные компоненты.   На диэлектрическую

Слайд 623Конструктивно-технологические типы микросхем
574

Конструктивно-технологические типы микросхем 574

Слайд 6242. Технологические основы микроэлектроники
578

2. Технологические основы микроэлектроники 578

Слайд 625 Структуры, электрические параметры микросхем и их элементов определяются технологией

изготовления. Создание микросхем начинается с создания монокристаллических полупроводниковых

слитков цилиндрической формы. Их получают в специальных реакторах путем выращивания кристалла из расплава кремния. Далее слитки многократно пропускают через индукционные печи с местным нагревом для удаления примесей и дефектов кристаллической решетки. Примесей должно быть менее одного атома на миллион атомов кремния.
Слитки выращивают также на космических станциях.

2. Технологические основы микроэлектроники

579

Структуры, электрические параметры микросхем и их элементов определяются технологией изготовления.    Создание микросхем начинается

Слайд 626 Монокристаллические полупроводниковые слитки цилиндрической формы разрезают на

пластины толщиной 0,4 – 0,5 мм. Далее пластины шлифуют, полируют

и проводят химическое травление для удаления поверхностного дефектного слоя и получения поверхности с шероховатостью 0,03 – 0,05 мкм. В течение всего технологического цикла производится очистка поверхности пластины с помощью ультразвука.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

580

Монокристаллические полупроводниковые слитки цилиндрической формы разрезают на пластины толщиной 0,4 – 0,5 мм. Далее

Слайд 627 Технологический цикл разделяют на два больших этапа – обработки

пластин и сборочно-контрольной. На первом этапе на пластинах формируются

структуры микросхем, т.е. их элементы и соединения. Второй этап начинается с контроля функционирования микросхемы на пластине с помощью механических зондов. После контроля пластины разрезают на кристаллы, соответствующие отдельным микросхемам. Кристаллы устанавливают в корпус, соединяют контактные площадки кристалла с выводами корпуса и герметизируют корпус. Затем производится окончательный контроль и испытания готовых микросхем с помощью автоматизированных систем.

581

Технологический цикл разделяют на два больших этапа – обработки пластин и сборочно-контрольной.   На первом

Слайд 628 Эпитаксия - процесс наращивания на пленку монокристаллического слоя, повторяющего

структуру подложки или ее кристаллографическую ориентацию. Эпитаксиальная пленка создается на всей

поверхности подложки. Одновременно в нее вводятся примеси , распределяющиеся равномерно по объему пленки. На границе раздела пленки с подложкой формируют p-n, n+-n p+-p переходы. Эпитаксия проходит в газофазной среде в реакторе при высокой температуре. В реактор последовательно подаются необходимые химические элементы.

Технологические приемы создания микросхем

582

Эпитаксия - процесс наращивания на пленку монокристаллического слоя, повторяющего структуру подложки или ее кристаллографическую ориентацию. Эпитаксиальная

Слайд 629 Диффузия примесей – технологическая операция легирования – введение

примесей в пластину или эпитаксиальную пленку. При

высокой температуре (около 1000 оС) примесные атомы поступают через поверхность и распространяются вглубь вследствие теплового движения. Основной механизм проникновения примесного атома в кристаллическую решетку состоит в последовательном перемещении по вакантным местам решетки.

583

Диффузия примесей – технологическая операция легирования – введение примесей в пластину или эпитаксиальную пленку.

Слайд 630 Диффузия примесей
Как правило, легирование ведется

чрез маску двуокиси кремния или нитрида кремния Si3N4.

Концентрация вводимых примесей максимальна у поверхности и спадает по направлению в глубь пластины.

584

Диффузия примесей  Как правило, легирование ведется чрез маску двуокиси кремния или нитрида кремния Si3N4.

Слайд 631 Диффузия



р-
n-
x
Доноры
SiO2
xo
x

N
NД(х)

На уровне ХО концентрации доноров и

акцепторов одинаковые. Это соответствует p-n-переходу.
585

Диффузия р-n-xДоноры SiO2xoxNNД(х)NаНа уровне ХО концентрации доноров и акцепторов одинаковые. Это соответствует p-n-переходу.585

Слайд 632 Ионное легирование – технологическая операция введения примесей

в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной пленки путем бомбардировки ионами

примесей. Получение ионов, их ускорение и фокусировку производят в специальных вакуумных установках. Пары легирующих элементов поступают в ионизационную камеру, где возбуждается высокочастотный или дуговой электрический разряд.
Образовавшиеся ионы ускоряются в электрическом поле (до 300 кВ), фокусируются в пучок с плотностью тока до 100 А/м2 и площадью сечения 1-2 мм2. Система сканирования обеспечивает перемещение пучка по заданной траектории.

586

Ионное легирование – технологическая операция введения примесей в поверхностный слой пластины или эпитаксиальной пленки

Слайд 633 Ионное легирование позволяет создавать слои с субмикронными горизонтальными

размерами толщиной менее 0,1 мкм с высокой воспроизводимостью параметров. Этот

процесс позволяет внедрять в качестве примесей практически любые элементы.




р-

n-

Ионы доноров

SiO2

588

Ионное легирование позволяет создавать слои с субмикронными горизонтальными размерами толщиной менее 0,1 мкм с высокой

Слайд 634 Термическое окисление Термическое окисление позволяет получить

на поверхности кремниевых пластин пленку двуокиси кремния для создания изолирующих

слоев, масок и др. Окисление выполняют в эпитаксиальных или диффузионных установках, пропуская над поверхностью пластин газ-окислитель кислород, водяной пар или их смесь при температуре 1000-1300 оС. Во многих случаях слои SiO2 необходимо выращивать лишь на определенных участках кристалла. Для этого используют маску нитрида кремния. Прорастание диоксида в глубь кристалла позволяет использовать его для изоляции соседних слоев.
Термическое окисление    Термическое окисление позволяет получить на поверхности кремниевых пластин пленку двуокиси

Слайд 635Если после окисления удалить маску нитрида и провести неглубокое легирование

донорами, то получим изолированные друг от друга слои n-типа.



р-
Si3N4
Si


р-
Si3N4
Si
SiO2


р-
n-
Si
SiO2
n-

Если после окисления удалить маску нитрида и провести неглубокое легирование донорами, то получим изолированные друг от друга

Слайд 636 Травление Травление представляет собой удаление поверхностного слоя

чаще всего химическим путем. Его применяют для получения максимально

ровной бездефектной поверхности пластин, удаления двуокиси и других слоев с поверхности. Локальное травление используется для получения рисунка поверхности и масок. В основе жидкостного травления лежит химическая реакция жидкого травителя и твердого тела, в результате которой образуется растворимое соединение. Локальное травление осуществляется через маску.
Травление   Травление представляет собой удаление поверхностного слоя чаще всего химическим путем.

Слайд 637Травление. Удаление участка двуокиси кремния.



р-
SiO2
Si


Травитель
Маска нерастворимого фоторезиста
591

Травление. Удаление участка двуокиси кремния.р-SiO2SiТравительМаска нерастворимого фоторезиста591

Слайд 638Литография
Литография – процесс формирования отверстий в

масках, создаваемых на поверхности пластин, предназначенных для локального легирования, травления,

окисления, напыления и других операций. Она основывается на использовании светочувствительных полимерных материалов – фоторезистов, которые могут быть негативными и позитивными. Негативные фоторезисты под действием света полимеризуются и становятся нерастворимыми в специальных веществах – проявителях. После локальной засветки растворяются и удаляются незасвеченные участки.
Литография   Литография – процесс формирования отверстий в масках, создаваемых на поверхности пластин, предназначенных для локального

Слайд 639Литография
Рисунок будущей маски задается фотошаблоном. Он

представляет собой стеклянную пластину, на одной стороне которой нанесена тонкая

непрозрачная пленка требуемой конфигурации. Основные этапы процесса фотолитографии. На окисленную поверхность кремниевой пластины наносится тонкий слой раствора фоторезиста и высушивается. На пластину накладывают фотошаблон (ФШ) и экспонируют, затем его снимают.
Литография   Рисунок будущей маски задается фотошаблоном. Он представляет собой стеклянную пластину, на одной стороне которой

Слайд 640Литография




р-
SiO2
Si


Свет

ФР
ФШ


р-
Si



р-
Si


После проявления негативный фоторезист удаляется с

незасвеченных участков. Получается фоторезистивная маска, через которую далее травят слой двуокиси

кремния, после чего фоторезист удаляется.

594

Литография   р-SiO2SiСветФРФШр-Siр-SiПосле проявления негативный фоторезист удаляется с незасвеченных участков. Получается фоторезистивная маска, через которую далее

Слайд 641 Разрешающая способность. Она оценивается максимальным числом линий раздельно воспроизводимых

в маске в пределах 1 мм. Принципиальным ограничительным фактором является дифракция

света. Нельзя получить линию толщиной менее длины волны λ света.
Для повышения разрешающей способности применяют:
- Освещение ультрафиолетовым светом,
- Рентгеновская литография. - Электронно-лучевая литография.

595

Разрешающая способность.  Она оценивается максимальным числом линий раздельно воспроизводимых в маске в пределах

Слайд 642 В ИМС применяются в основном транзисторы n-p-n-типа. Их

особенность в интегральном исполнении состоит в наличии дополнительных областей, изолирующей

их от общей полупроводниковой подложки. Все выводы от областей транзистора располагаются в одной плоскости на поверхности подложки. Такая структура называется планарной.

3. БИПОЛЯРНЫЕ СТРУКТУРЫ

596

В ИМС применяются в основном транзисторы  n-p-n-типа. Их особенность в интегральном исполнении состоит в

Слайд 643 3.1 Структура эпитаксиально-планарного транзистора
Транзистор выполнен на высокоомной

подложке р– типа. Локальной диффузией донорных примесей создается скрытый слой

n+-типа. Диффузией бора через маску формируют изолирующую область р+-типа окружающую коллекторную область n-типа. В пленке диоксида кремния , покрывающей поверхность кристалла, создают контактные отверстия через которые напылением пленки алюминия формируют контакты к эмиттеру, коллектору, базе, подложке.

597

3.1 Структура эпитаксиально-планарного транзистора  Транзистор выполнен на высокоомной подложке р– типа. Локальной диффузией донорных примесей

Слайд 644Структура эпитаксиально-планарного транзистора











р
р-
р+
р+
n+
n+
n+
n
Э
Б
К
Al SiO2
Si
598

Структура эпитаксиально-планарного транзистора рр-р+р+n+n+n+nЭБКAl  SiO2Si598

Слайд 645 МНОГОЭМИТТЕРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Многоэмиттерные транзисторы n-p-n-типа отличаются от обычных тем, что в их

базовой области р-типа создают несколько эмиттерных областей n+-типа. Основная область применения МЭТ – цифровые микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).

599

к

Б

э

э

Б

к

МНОГОЭМИТТЕРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ    Многоэмиттерные транзисторы n-p-n-типа отличаются от

Слайд 646ТРАНЗИСТОРЫ С ДИОДОМ ШОТКИ
600











р
р-
р+
р+
n+
n+
n+
n
Э
Б
К
Al SiO2
Si
К
Б
Э

ТРАНЗИСТОРЫ С ДИОДОМ ШОТКИ600рр-р+р+n+n+n+nЭБКAl  SiO2SiКБЭ

Слайд 647
601
В микросхемах в качестве резисторов применяются базовые высокоомные слои

р-типа. Изопланарная структура может быть следующей.
РЕЗИСТОРЫ









р
р-
n+
n
В
Al SiO2
Si


n
n+
В

601 В микросхемах в качестве резисторов применяются базовые высокоомные слои р-типа. Изопланарная структура может быть следующей. РЕЗИСТОРЫрр-n+nВAl

Слайд 648КОНДЕНСАТОРЫ

Структура МДП-конденсатора может быть следующей.
Одной из обкладок является n+-слой,

другой – слой металла (алюминий), а диэлектриком – слой диоксида

кремния

602







р

р-

n

В

Al SiO2

Si

В

КОНДЕНСАТОРЫ• Структура МДП-конденсатора может быть следующей.Одной из обкладок является n+-слой, другой – слой металла (алюминий), а диэлектриком

Слайд 650604
Литература
Основная литература:
1. Булычев А. Л., Лямин П. М. Электронные приборы.

М.: Лайт Лтд., 2000. 416 с.
2. Пасынков В.В.Чиркин А. К.

Полупроводниковые приборы: Учебник для вузов. М.: Высш. шк., 1987. 479 с.
3. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. Учеб.пособие для вузов. – 3-е изд. М.: Высшая школа, 1996.
4. Тырышкин И.С. Физические основы полупроводниковой электроники. М.: Высшая шк. 2000.

5. Бойко В.И. Схемотехника электронных систем. Цифровые устройства: Учебник. – М.: BHV, 2004 – 506с.
6. Лачин В.И., Савелов В.С. Электроника: Учебное пособие. Ростов-на-Дону: изд-во «Феникс», 2000. 448 с.

604ЛитератураОсновная литература:1. Булычев А. Л., Лямин П. М. Электронные приборы. М.: Лайт Лтд., 2000. 416 с.2. Пасынков

Слайд 651605
Литература

Дополнительная литература:
7. Прянишников В.А.

Электроника: Курс лекций. – СПб.: Корона прин,1998.
8. Жеребцов И.П. Основы электроники. 5-е изд. – Л.: Энергоатомиздат, 1990.
9. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: Учебник для вузов. 2-е изд., исправленное. М.: Горячая линия -Телеком, 2001. 320 с.
605Литература                Дополнительная

Слайд 652606
Бескорпусной транзистор с упаковкой

606Бескорпусной транзистор с упаковкой

Слайд 653607
Электровакуумные приборы

607Электровакуумные приборы

Слайд 654608
Мощный генераторный триод с радиатором

608Мощный генераторный триод с радиатором

Слайд 655609
Электровакуумный пентод

609Электровакуумный пентод

Слайд 656299
Микросхемы памяти и транзисторы

299Микросхемы памяти и транзисторы

Слайд 657611


Семестр 4

курс 2 факультет ФТ

1. Выпрямительные диоды: классификация; параметры, характеризующие их вольт-амперную характеристику и физические свойства; параметры, характеризующие предельно допустимые эксплуатационные режимы.
2. Обеспечение режима работы биполярного транзистора по постоянному току в усилительном каскаде.
3. Выпрямительный диод пункта 1 включен в схему. На вход подается напряжение синусоидальной формы амплитудой 5В. Показать форму выходного напряжения для идеального диода и с учетом его реальных параметров. Учитывать масштаб входного и выходного напряжений.

Uвх = 5В R = 5 Ом



Подпись преподавателя ____________________


611       Семестр 4

Обратная связь

Если не удалось найти и скачать доклад-презентацию, Вы можете заказать его на нашем сайте. Мы постараемся найти нужный Вам материал и отправим по электронной почте. Не стесняйтесь обращаться к нам, если у вас возникли вопросы или пожелания:

Email: Нажмите что бы посмотреть 

Что такое TheSlide.ru?

Это сайт презентации, докладов, проектов в PowerPoint. Здесь удобно  хранить и делиться своими презентациями с другими пользователями.


Для правообладателей

Яндекс.Метрика