close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Лекция 4/2 Биполярни и униполярни транзистори

код для вставкиСкачать
Лекция 4/2
Биполярни и униполярни
транзистори
Основни въпроси:
1. Биполярни транзистори.
Принцип на работа. Схеми на
свързване. Параметри.
2. Униполярни транзистори.
Принцип на работа. Схеми на
свързване. Параметри.
1. Биполярни транзистори. Принцип на работа. Схеми на свързване. Параметри.
1.1. Общи сведения, устройство и видове.
-представляват пп монокристал, в който чрез съответна
технология са формирани два електронно-дупчести прехода,
обърнати един срещу друг;
Колекторен преход
C
C
p
B
C
B
n
p
B
E
E
Емитерен преход
C
n
p
B
E
n
E
б)
а)
Фиг. 1.1.P-n-p (а) и n-p-n транзистори (б)
- модели на транзистор;
C
B
E
a)
б)
Фиг. 1.2.
-видове биполярни транзистори:
а)В зависимост от използвания полупроводник : германиеви и
силициеви;
б)В зависимост от механизма на движение на токоносителите:
дифузни и дрейфови;
в)В зависимост от конструкцията си: дискретни и интегрални;
д) В зависимост от технологията на производство: сплавни,
конверсионни, мезатранзистори, планарни епитаксиалнопланарни и др;
е) В зависимост от граничната им честота: нискочестотни (до 3
MHz); средночестотни (от 3 до 30 MHz); високочестотни ( от
30 до 300 MHz) и Свръхвисокочестотни (над 300 MHz);
ж) В зависимост от разсейваната мощност: маломощни (до
0,3W); средномощни (от 0,3 до 3 W) и мощни (над 3 W);
-устройство;
In
p
Е
C
p
In
B
Е B C
a)
б)
Фиг. 1.4 Схематично устройство на сплавен транзистор
1.2. Принцип на действие.
p
p
x x +++
x
+
x +
x
+
UE
+
U
Емитерен преход Колекторен преход C
IE
0,3 V
0 - E n 0 + C
IC
9V
IB
Фиг. 1.4
-усилвателни свойства на транзистора - инжекцията на
дупки от емитера в базата може да бъде управлявана от ниски
входни напрежения (от порядъка на десети части от волта),
поради което входният източник изразходва сравнително
малко енергия. Неосновните токоносители (дупките) в
колектора вследствие ускоряващото поле на прехода
придобиват допълнителна енергия, която отдават на външната
верига. Това става за сметка на колекторния токоизточник;
-диференциален коефициент на усилване по ток,
= dIC / dIB IC /IB = 0,900 - 0,999
(1.1)
IC = IE +ICB0
(1.2)
IE = I C + I B
(1.3)
1.3. Схеми на свързване на транзисторите:
а) Схема “Общ емитер”:
+
I
I
IB
-
uCE
IE
uBE
+
IB
C
C
+
uCE
IE
uBE
+
-
-
Фиг.1.5 Схема свързване “Общ емитер”
= dIC / dIB IC /IB >>1
(1.4)
= / (1 +); = /(1-)
(1.5)
IC = .IB + ( +1)ICB0
(1.6)
-особености: сравнително голямо входно съпротивление
(стотици омове); голямо изходно съпротивление (десетки и
стотици килоомове); притежава голямо усилване по ток по
напрежение и по мощност; намира най-широко приложение;
обратния колекторен ток протича не само през колекторния
преход, но и през емитерния;
б)Схема “Обща база”:
IE
IC
+
uBE
-
IE
IB
uCE
IC
+
-
uBE
IB
uCE
+
+
Фиг. 1.6 Схема “Обща база”
-особености: не усилва по-ток ( < 1); голямо усилване по
напрежение и по мощност (до 1000 пъти); входното
съпротивление тук е малко (единици омове), а изходното голямо (десетки и стотици килоомове);
в) Схема “Общ колектор”:
IE
IB
+
uEC
IC
uBE
-
+
-
IC
IB
uEC
IE
uBE
+
Фиг. 1.7 Схема “Общ колектор”
= IE / IB = ( IC + IB ) / IB = + 1
На практика = IE /IB . Затова,
IE = ( +1)[IB + ICB0 ] = ( +1)IB + ( +1)ICB0
-
+
(1.7)
(1.8)
-особености - входното съпротивление е много голямо, а
изходното - много малко. Следователно, тази схема не усилва
по напрежение; изходното напрежение повтаря по форма
входното (емитерен повторител);
-изводи;
-параметри на транзисторите: коефициент на усилване по ток
(, , ); обратен колекторен ток ICB0 ; максимално-допустимо
колекторно напрежение UCBmax ; максимално -допустим
колекторен ток Icmax ; максимално-допустима колекторна
мощност PCmax ; максимална честота на генерации fmax ;
гранична честота на усилване по ток f , f ; преходна
(транзитна) честота f ; напрежение на насищане UCEsat ;
капацитет на емитерния преход CTE ; коефициент на шума F ;
топлинно съпротивление Rth .
1.4. Статични характеристики на биполярните транзистори.
-изразяват взаимната връзка между токовете и напреженията в
транзистора при статичен режим;
-основни статични характеристики:
а)Входни статични характеристики-IВХ = f(UВХ ),при UИЗХ =C t;
б)Изходни статични характеристики-IИЗХ = f(UИЗХ ), при IВХ =
=C t ;
в)Статични характеристики на предаване по ток -IИЗХ = f(IВХ ),
при UИЗХ = =C t ;
г)Статични характеристики на обратно предаване по
напрежение - UВХ = f(UИЗХ ), при IВХ = =C t ;
Поради това, че при различните схеми на свързване на
транзисторите входните и изходните величини са различни, то
и характеристиките за различните схеми (ОЕ, ОБ, ОК) ще
бъдат различни. Например входните характеристики при,
-схема ОЕ - IB = f(UEB ), при UCB = const ;
-схема ОБ - IE = f(UEB ), при UCB = const ;
-схема ОК - IB = f(UBC ), при UEC = const ;
По аналогичен начин могат да се конкретизират и другите три
характеристики за различните схеми на свързване;
Постояннотокови статични характеристики
Фиг. 1.3а Входна
Фиг. 1.3б Предавателна по ток,
наклон-коефициент на усилване по ток
Постояннотокови статични характеристики
Фиг. 1.3в Изходна характеристика
Разгледаните четири типа статични характеристики се дават в
справочниците много често на един чертеж. Предимство - по
голяма нагледност и възможност за пренасяне на работната
точка от една характеристика на друга;
12
10
8
6
4
2
UCE = - 6 V
IB , A
60
40
UCE = - 6 V
20
0,5
IC , mA
5
15
0,6
0,7
0,8
0,9
UBE , V
100 A
80 A
60 A
40 A
20 A
IB = 0 A
25
-UCE , V
IB = 0 A
20 A
40 A
80 A
Фиг. 1.8 Статични характеристики на транзистор 2Т3511
2. Униполярни транзистори. Принцип на работа.
Схеми на свързване. Параметри.
2.1. Общи сведения. Видове.
-особености на биполярните транзистори: управляват се с ток;
сравнително ниски входни съпротивления; два топа токоноси-тели;
-полеви транзистори - управляват се чрез напрежение, което създава
в прехода електрическо поле; голямо съпротивление за постоянен
ток (108 - 1016 ) ; сравнително ниско ниво на шумовете; широк
температурен диапазон на работа (-2000 C до +2000 C); устойчиви са
на различни видове облъчване; изискват нищожна мощност за
управлението си; могат да работят като управляеми съпротивления;
удобни са за интегрални схеми; униполярност (унитрони, канални
транзистори);
-видове: а)полеви транзистори с PN- преход (PN-транзистори). Биват
с P- и N -канал); б)полеви транзистори с изолиран упра-вляващ
електрод (MOS, МОП, МДП);
2.2. Устройство и действие на PN-транзистори.
ID
D
IDSS
G
UG
UD
G
UG
S
P-канал
UD
IDSS
S
N-канал
UG
U
ID
D
-UG
-U
P
P
Фиг.2.1 PN-транзистори
:означение, характеристики
на
право предаване и захранване
2.2.1 Устройство - представлява силициев монокристал с определена проводимост, в който е оформен канал. В двата края на
канала чрез омически контакти,са свързани електродите дрейн
(сток, анод), сорс (исток, катод) и гейт (затвор, решетка).
Между гейта и канала е образуван p-n -
преход (фиг.2.2.), към който се подават напрежения с такъв
поляритет, щото да бъде поляризиран винаги в обратна
посока. В този случай във веригата на гейта ще протича много
малък обратен ток IGSS (1-10nA), поради което входното
съпротивление на транзистора ще е много голямо (100 - 1000)
М;
D
D
N- канал
P- канал
G
UG
UD
n
p
G
UG
UD
p
n
S
S
a)
б)
Фиг.2.3 Конструкция на PN-полеви транзистори
2.2.2. Действие;
RDS = l / S = l / S = l /qnS
(2.1)
От това съотношение се вижда, че съпротивлението на
транзистора се изменя с изменението на размерите на
канала l и S или с изменението на концентрацията на
токоносителите n;
-характерна особеност - по принцип дрейнът и сорсът са
обратими, като нормалните и инверсните параметри
практически не се различават; препоръчва се да не се
сменят местата на дрейна и сорса;
2.2.3 Характеристики и параметри
-характеристики-по принцип четири, както при биполярните
транзистори, на практика две: гейтови (на право предаване) - ID = f
(UG ), при UD = const и дрейнови (изходни) характеристики - ID =
f(UD ), при UG = const ;
-параметри: прагово напрежение UP = (0,5 -10) V (при мощ-ните
транзистори - 10 - 50 V); максимален дрейнов ток IDSS ; изходно
(вътрешно) съпротивление - Ri = UD / ID , при UG = const ;
стръмност - S = ID /UG , при UD = const ; статичен коефициент на
усилване по напрежение- = UD / UG , при ID = C t.
Съпротивление на отворен канал R0 ; обратен гейтов ток IGSS ;
максимално допустимо напрежение дрейн-гейт UDGmax ;
максимално допустима мощност, разсейвана от транзистора
Pmax ; междуелектродни капацитети CGS , CDG , CDS .
2.2.4. Схеми на свързване - схема “Общ сорс”, схема “Общ
гейт”, схема “Общ дрейн”.
2.3. MOS -транзистори. Видове. Особености.
2.3.1. Видове - MOS- транзистори със собствен канал (Р и N) и
MOS-транзистори с индуциран канал (Р и N); по технологични
причини по-лесно се реализират транзисторите със собствен N
канал и транзистори с индуциран Р канал;
2.3.2. MOS-транзистори със собствен N-канал - представлява
пп кристал (подложка) с Р-проводимост, в повърхностния
слой на която е оформен N-канал. В двата си края каналът е
съединен със силно легирани N+-области, наречени дрейн и
сорс.
D
N+
E1
D
ID
Канал B
G
mA
UD
E2
G
B
V
S
S
N+
p
a)
б)
Фиг.2.4 МОП (MOS)- транзистор със собствен
N- канал
Каналът е покрит с диелектрик (SiO2 ), над който е нанесен
тънък метален слой (алуминий), използван като гейт.
Следователно при тези транзистори дрейна и сорса по принцип
са обратими, но в някои случаи дрейна е свързан с подложката.
(база), а в други- сорсът (електродът от който тръгват токоносителите навътре в транзистора.
-Особености -управляващия електрод-гейта е изолиран от канала и въобще от конструкцията на транзистора. Поради това на
него могат да се подават, както положителни така и отрицателни напрежения - много важна особеност на MOS-транзисторите със собствен канал, позволяваща им да усилват сигна-ли
със значителна амплитуда, без да е нужно преднапрежение.
Друга важна особеност е факта че участъците подложка-дрейн и
подложка-сорс представляват p-n -преходи;входното съпротивление по постоянен ток на транзистора е от порядъка на
(10-12 -10-16) , което обуславя нищожно малък ток през гейта (10-11 - 10-15 ) А, който често се пренебрегва. Основните характеристики и параметри на транзисторите са аналогични на тези
на PN-транзисторите;
-действие - при нулево напрежение на гейта (спрямо сорса) ток
през транзистора не протича; при отрицателно напреже-
ние настъпва изтласкване на електроните от канала към вътрешността на подложката - режим на “обедняване” на канала от
токоносители; при положително напрежение настъпва инверсия - режим на “обогатяване”
2.3.3. MOS - транзистори с Р-индуциран канал.
-устройство;
D
E1
D
ID
Р+
G
Канал B
mA
UD
E2
G
B
V
S
Р+
n
S
a)
б)
Фиг. 2.5.Устройство и схема на свързване на MOS транзистор с индуциран Р-канал
Тези транзистори се различават от MOS-транзисторите със
собствен канал по това, че при тях канала не се създава предварително, той се индуцира при определено напрежение на
гейта. Както беше казано по технологични причини по лесно се
индуцира P-канал, поради което подложката е с n-проводи-мост
с две силно легирани P-области.
-особености - работят само в режим на обогатяване; при нулево преднапрежение на гейта транзистора е запушен, което е
много ценно качество, използвано в цифровите схеми; за да
работи този транзистор в линеен усилвателен режим е необходимо на гейта са се подаде определено напрежение EG , по-голямо от праговото напрежение UP ; друга много важна особеност - тези транзистори могат да работят в линеен усилвателен
режим при такава работна точка, при която дрейна и сорса имат
едно и също постоянно напрежение; MOS-транзисторите с
индуциран канал могат да работят и като управляемо съпротивление; Съпротивлението между гейта и другите два
електрода (и в двете посоки е извънредно голямо - (10-12 -10-14 )
(ако не притежават вграден защитен ценеров диод);
участъците дрейн- подложка и сорс - подложка представляват
p-n- преходи, които при годен транзистор трябва да са
изправен.
Документ
Категория
Презентации
Просмотров
215
Размер файла
483 Кб
Теги
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа