Слайд 2Транзи́стор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала,
обычно с тремя выводами, позволяющий входным сигналам
управлять током в
электрической цепи.
Управление током
в выходной цепи осуществляется за счёт изменения входного
напряжения или тока. Небольшое изменение входных величин может приводить к
существенно большему изменению выходного напряжения и тока.
Слайд 3Классификация транзисторов
По структуре
Биполярный транзистор
Полевой транзистор
По основному полупроводниковому материалу
Германиевые
Кремниевые
Арсенид-галлиевые
Слайд 4По мощности
Маломощные транзисторы до 100мВт
Транзисторы средней мощности от 0,1 до
1 Вт
Мощные транзисторы (больше 1 Вт)
Слайд 5Биполярный транзистор
Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и
коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от
типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.
Слайд 6Принцип работы
В активном режиме работы транзистор включён так, что его
эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход
смещён в обратном направлении (закрыт).
Для определённости рассмотрим npn транзистор.
Слайд 7 Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают»
в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая
их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера.
Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу.
Слайд 8Основные характеристики
Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора
больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом
усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h21. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.
Слайд 9Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно
представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему
току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.
Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер- коллектор) и входного (база-эмиттер)
переменных напряжений.
Слайд 10Режимы работы биполярного транзистора
Нормальный активный режим
Переход эмиттер-база включен в прямом
направлении (открыт), а переход коллектор-база — в
обратном (закрыт) UЭБ>0;UКБ
режим
Эмиттерный переход имеет обратное включение, а коллекторный переход — прямое.
Режим насыщения
Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).
Режим отсечки
В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты).
Барьерный режим
В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через
небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмитерную цепь транзистора
включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор
представляет из себя диод, включенный последовательно с резистором. Подобные схемы
каскадов отличаются малым количеством комплектующих схему элементов, хорошей развязкой
по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, неразборчивостью к параметрам
транзисторов.
Слайд 11Схемы включения биполярных транзисторов
Схема включения с общим эмиттером
Эта схема дает
наибольшее усиление по напряжению и току
(а отсюда и по
мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем
является наиболее распространенной.
Слайд 12Схема включения с общей базой
Эта схема не дает значительного усиления
сигнала, зато хороша на
высоких частотах, поскольку позволяет более полно
использовать
частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор
включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой,
то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его
граничной частоты усиления.
Слайд 13Схема включения с общим коллектором
Особенность этой схемы в том, что
входное напряжение полностью
передается обратно на вход, т. е. очень
сильна отрицательная обратная
связь.
Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим
эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький
(основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но
всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности
получается равным всего нескольким десяткам единиц.
Слайд 14Устройство полевого транзистора
Полевой транзистор - это полупроводниковый прибор, усилительные свойства
которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал и
управляемый электрическим полем. В отличие от биполярных работа полевых транзисторов основана на использовании основных носителей заряда в полупроводнике. В связи с этим их называют униполярными. Униполярными называют такие транзисторы, работа которых основана на использовании основных носителей: только дырок или только электронов.
Слайд 15Схема включения ПТ в цепь
К истоку подсоединяют плюс, к стоку
- минус источника напряжения, к затвору - минус источника.
Сопротивление
между стоком и истоком очень велико, так как стоковый р-n-переход оказывается под обратным смещением. Подача на затвор отрицательного смещения сначала приводит к образованию под затвором обедненной области, а при некотором напряжении называемом пороговым, - к образованию инверсионной области, соединяющей p-области истока и стока проводящим каналом. При напряжениях на затворе выше канал становится шире, а сопротивление сток-исток - меньше. Рассматриваемая структура является, таким образом, управляемым резистором.
Слайд 16Конструкция МДП-транзистора
Две основные структуры МДП транзисторов показаны на рисунке. Первая
из них (рис.а) характерна наличием специально осуществленного (собственного или встроенного}
канала, проводимость которого модулируется смещением на затворе. В случае канала р-типа положительный потенциал Us отталкивает дырки из канала (режим обеднения), а отрицательный - притягивает их (режим обогащения). Соответственно проводимость канала либо уменьшается, либо увеличивается по сравнению с ее значением при нулевом смещении.
Слайд 17Вторая структура (рис. б) характерна отсутствием структурно выраженного канала. Поэтому
при нулевом смещении на затворе проводимость между истоком и стоком
практически отсутствует: исток и сток образуют с подложкой встречновключенные р-п переходы. Тем более не может быть существенной проводимости между истоком и стоком при положительной полярности смещения, когда к поверхности полупроводника притягиваются дополнительные электроны. Однако при достаточно большом отрицательном смещении, когда приповерхностный слой сильно обогащается притянутыми дырками, между истоком и стоком образуется индуцированный (наведенный полем) канал, по которому может протекать ток. Значит, транзисторы с индуцированным каналом работают только в режиме обогащения. В настоящее время этот тип транзисторов имеет наибольшее распространение.
Слайд 18Принцип действия МДП транзисторов (распределение зарядов при нулевых
напряжениях на
электродах).
Принцип работы МОП-транзистора инверсионного типа проиллюстрирован на рисунке. Для простоты
полагается, что затвор отделен от полупроводника идеальным изолятором, а влияние поверхностных ловушек не учитывается. Распределение зарядов при нулевых напряжениях на электродах показано на рисунке а. Вблизи "+-областей, созданных диффузией для образования истока и стока, имеются области пространственного заряда, возникшие за счет внутренней разности потенциалов на n-р-переходах. Поскольку в p-области электроны практически отсутствуют, сопротивление исток-сток весьма велико и соответствует сопротивлению двух встречно включенных диодов npи нулевом смещении.
Слайд 19Если к затвору приложено положительное напряжение (рис 6), вблизи поверхности
происходит инверсия типа проводимости, так что в этой области концентрация
электронов становится достаточно высокой и сопротивление сток-исток резко уменьшается.
Слайд 20При подаче положительного напряжения на сток (рис. в) электроны начинают
двигаться от истока к стоку по инверсионному слою. За счет
падения напряжения вдоль канала нормальная составляющая поля затвора и соответственно концентрация электронов уменьшаются в направлении от истока к стоку. Толщина же обедненной области под инверсионным слоем в этом направлении увеличивается вследствие возрастания разности потенциалов между подложкой и каналом.
Слайд 21Когда напряжение на стоке превысит определенную величину (рис.г), происходит перекрытие
канала вблизи стока, и ток через
прибор выходит на насыщение
так же, как и в транзисторе с управляющим р-n переходом.
Слайд 22Условно-графические обозначения
Со встроенным каналом n-типа
Со встроенным каналом n-типа
С изолированным
затвором обогащенного типа с p- каналом (индуцированным)
С изолированным затвором обогащенного типа
с n- каналом (индуцированным)
С изолированным затвором обедненного типа с p- каналом (встроенным)
С изолированным затвором обедненного типа с n-каналом (встроенным)
Слайд 23Схемы включения полевого транзистора
Полевой транзистор в качестве элемента схемы
представляет собой активный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов
является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом на затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток. Схемы включения полевого транзистора показаны на рис. 6.
По аналогии с ламповой электроникой, где за типовую принята схема с общим катодом, для полевых транзисторов типовой является схема с общим истоком.
Слайд 24Усилители постоянного тока
Усилителями постоянного тока (УПТ) называются устройства, предназначенные для
усиления медленно изменяющихся сигналов вплоть до нулевой частоты.
УПТ
Однотактные
прямого
усиления
Усилители с
преобразованием
Дифференциальные
усилители
Слайд 25Однотактные усилители прямого усиления
потенциал эмиттера устанавливается за счет
балластного сопротивления
Ro
применения опорного диода D
Слайд 26Усилители с преобразованием
М—модулятор. У—усилитель переменного тока, ДМ—демодулятор.
Rн
Rн
Uн
ДМ
У
М
U2
U1
Uвх