- используются носители заряда одного знака; - управляется электрическим полем.
1/26

лекция2и3

1. - используются носители заряда одного знака; - управляется электрическим полем.

ТРАНЗИСТОР
- полупроводниковые прибор, обычно с тремя выводами, способный
небольшим входным сигналом управлять значительным током в
выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления,
генерирования, коммутации и преобразования электрических
сигналов.
Полевой
- используются носители
заряда одного знака;
- управляется электрическим
полем.
Биполярный
- используются носители
заряда обоих знаков;
- управляется электрическим
током.

2.

Биполярный транзистор
(БТ) – полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими p-nпереходами и тремя или более выводами.
Выводы БТ: Э – эмиттер, К – коллектор, Б – база.
n-p-n
Э
n
p
p-n-p
n
К
Э
p
p
n
Б
Б
К
К
Б
Б
Э
Э
К

3.

Основные физические процессы в БТ
Область эмиттерного
перехода
Эмиттер (Э)


Область коллекторного
перехода
-
n
-
-
p
n
Коллектор (К)

+
+
uкб
uбэ
+


База (Б)
Iб << Iэ.
Iк = αIэ, где α = 0,95... 0,99 – коэффициент передачи тока эмиттера.
В соответствии с первым законом Кирхгофа: Iб = Iэ – Iк.
Iк = βIб, где β = α / (1 – α) – коэффициент передачи тока базы, β >> 1.
Основное свойство транзистора – небольшой ток базы управляет
большим током коллектора.

4.

Режимы работы биполярного транзистора
Усилительный или активный режим – на эмиттерный переход подано прямое
напряжение, а на коллекторный – обратное. Именно этот режим работы транзистора
соответствует максимальному значению коэффициента передачи тока эмиттера. Ток
коллектора пропорционален току базы, обеспечиваются минимальные искажения
усиливаемого сигнала.
Инверсный режим – на коллекторный переход подано прямое напряжение, а на
эмиттерный – обратное. Значительно уменьшается коэффициент передачи тока базы по
сравнению с работой транзистора а активном режиме и поэтому на практике данный
режим используется только в ключевых схемах.
Режим насыщения – оба перехода (эмиттерный и коллекторный) находятся под
прямым напряжением. Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется
только параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и
эмиттера режим насыщения используется для замыкания цепей передачи сигналов.
Режим отсечки – оба перехода находятся под обратным напряжением. Так как
выходной ток практически равен нулю, этот режим используется для размыкания цепей
передачи сигналов.
Основным режимом работы биполярных транзисторов в аналоговых
устройствах является активный режим. В цифровых схемах транзистор работает в
ключевом режиме, т.е. он находится только в режиме отсечки или насыщения, минуя
активный режим.

5.

режим
ЭП
1)Усилительный открыт
Применяется в
усилителях
2)Инверсный
закрыт
Используется
только в моменты
переключения
КП
закрыт
3) Насыщения
В ключевых
схемах
вкл
4) Отсечка
В ключевых
схемах
выкл
Открыт
Открыт
закрыт
закрыт
открыт

6.

Схемы включения БТ
С общей базой
э
С общим коллектором
+
-
к
-
U эб э
U кбк
-
б
U эб
+
а
+
+
U кб
-U
-
-
-
Е+
+
эб
Uвых
б э
- -
г
-
RнЕ
Е бэ
-
кэ
-
д
+
в
Uвых
-
д
в динамическом режиме
Rн Rн Е эк
+U

-
Uвых
Uвх
+
+
вк
-
+
Е кэ
бэ
Е-кб
г
бк

Uвх
+
Uкэк
U-
Uвых
+ U

вх
+
Е

Rнкб
Е эб
+
кэ-
U
эк
э
б
U
бк
Uвых
Uвых
Uвх
+
в статическом
режиме
б
а
Uвх
бэ
эU
э
б
Uк +кэ
U бэб
+
-
б
к
б
+
+
С общим эмиттером
вх
Е эк
бк
Е бк
-
+
-
е
е
+

7. Правила расстановки + и – на схеме

• 1) тип транзистора n-p-n или p-n-p по
направлению стрелки, она всегда от p к
n
• 2) ищем Б, К, Э
• 3) задаем режим работы (например,
усилительный)
• 4) чтобы открыть переход подключаем
+ к p, - к n, чтобы закрыть - к p, + к n

8.

Схема с общей базой (ОБ)

"
'
Uкб
Uкб
0
Uэб < 0
"
кб
'
кб
| U | >| U |
"
э
I
ΔIэ
'
э
I
2

Iэ"" > Iэ"' > Iэ" > Iэ'
II
I ""
III
1
э
"'
э
"
э
'
э
I
I
I
Iэ = 0
3
ΔUэб
0
а
Uэб
0
I область
б
Uкб
Статические характеристики БТ в схеме включения с ОБ:
а – входные (эмиттерные) характеристики; б – выходные
При Iэ=0 через транзистор протекает тепловой ток Iк0 обратно смещенного
коллекторного перехода, так называемый обратный ток коллектора.
Область I вблизи оси напряжений - область отсечки.
Область активной работы (активным режимом работы транзистора ) - область II.
Область насыщения - область III.

9. Эффект Эрли (эффект модуляции ширины базы)

• При увеличении напряжения Uкб
коллекторный переход расширяется
(как любой обратно смещенный p-nпереход). Толщина базы уменьшается,
уменьшается сопротивление базы.
Следовательно, при Iэ=const
напряжение Uэб уменьшается

10.

Схема с общим эмиттером (ОЭ)
Uкэ' < 0

Iб"
'
б

Uкэ= 0
1
I
Iб"
ΔUкэ
1
4
2
Iб'
ΔI
3
3
I кбо
Uбэ
а
ΔI' к
U <0
ΔUбэ
Iко
Iб"'
"
кэ
2
ΔIб
Iб"' > Iб" > Iб'
0
"
к
Iб = 0
I кб
б
Статические характеристики БТ в схеме включения с ОЭ:
а – входные; б – выходные
Iб = Iко
Uкэ

11.

Параметры БТ
1) коэффициент усиления по току
KI = Iвых / Iвх;
2) коэффициент усиления по напряжению
KU = Uвых / Uвх;
3) коэффициент усиления по мощности
KP = KI KU = Pвых / Pвх;
4) входное сопротивление
Rвх = Uвх / Iвх;
5) выходное сопротивление
Rвых = Uвых / Iвых.

12.

Параметры схем включения БТ
Параметр
Схема с ОБ
Схема с ОЭ
Схема с ОК
KI
<1
10 – 100
10 – 100
KU
10 – 100
10 – 100
<1
KP
10 – 100
100 – 10000
10 – 100
Rвх
1 – 10 Ом
100 Ом – 1 кОм
10 – 100 кОм
Rвых
100 кОм – 1 МОм
1 – 10 кОм
100 Ом – 1 кОм
Фазовый сдвиг
между Uвых и Uвх
0
180
0

13.

H-параметры БТ
h11 = u1 / i1, при u2 = 0 – входное сопротивление при коротком замыкании на
выходе для переменной составляющей тока;
h12 = u1 / u2, при i1 = 0 – коэффициент обратной связи по напряжению при
холостом ходе на входе;
h21 = i2 / i1, при u2 = 0, – коэффициент передачи тока при коротком замыкании
выхода;
h22 = i2 / u2, при i1 = 0 – выходная проводимость при разомкнутом входе.

14.

• КТ805А
• К – кремний, Г-германий, А –арсенид
галлия
• Т – биполярный транзистор, П –
полевой
• 805 – порядковый номер разработки,
характеризуют Р и частотные свойства
• А, Б, В, …свойства внутри одного типа
(I, U)

15. Влияние температуры

• При повышении температуры
увеличивается проводимость,
возрастают токи. Ведет к изменению
характеристик транзистора. Для
обеспечения постоянства
характеристик используется
температурная стабилизация (частично
решает проблему)

16. Частотные свойства

• С ростом частоты усиление
уменьшается. У транзисторов есть
граничная частота, которая
соответствует Ki=1 для схемы с ОЭ.
Если строим высокочастотную схему, то
нужен высокочастотный транзистор

17.

Полевой транзистор
(ПТ) – полупроводниковый прибор, в котором регулирование тока производится
изменением проводимости проводящего канала с помощью электрического поля,
перпендикулярного направлению тока .
Выводы ПТ: З – затвор, И – исток, С – сток.
с n-каналом
с p-каналом

18.

Полевые
транзисторы
С n-каналом
С управляющим З
p-n-переходом
С+
С p-каналом
С управляющим З
p-n-переходом +
И
И
С изолированным затвором
и встроенным
каналом
З
С изолированным затвором З
и индуцированным каналом
С+
п
И
С+
п
И
С
С изолированным затвором
и встроенным
каналом
З
+
С изолированЗ
ным затвором
+
и индуцированным каналом
С
п
И
С
п
И

19.

Принцип работы ПТ с управляющим р-n-переходом
Обедненный слой
Ic
Меняется площадь сечения канала.

20.

Вольт-амперные характеристики полевого транзистора с
управляющим p-n-переходом, включенного по схеме с ОИ
Iс,
мА
в
б
15
а
10
а1 б1
Uзап = Uзио
в
15
Uзи = -1 В
5
0
Iс,
мА
Uзи = 0
б5
5
Uзи = -2 В в1
Uзи = -3 В
10
в
15 5 20
10
в1
Uзи = -4 В
Uси макс
Uзи = -5 В
5
Uси,В
Uзи,В
-5
-4
-3
-2
-1
0
На выходной (стоковой) характеристике можно выделить три области:
– область I – область сильной зависимости тока стока Ic от напряжения Uси;
– область II – область слабой зависимости тока стока Ic от напряжения Uси;
– область III – область пробоя p-n-перехода.

21.

Параметры ПТ
1) максимальное значение тока стока Iс max (точка в на
выходной характеристике при Uзи = 0),
2) максимальное значение напряжения сток-исток Uси max
(точка в’ при Uзи = 0),
3) напряжение отсечки (запирания) Uзи 0 = Uзап ,
4) внутреннее сопротивление (характеризует наклон
выходных характеристик на участке II)
Ri = dUси / dIс при Uзи = const,
5) крутизна стокозатворной характеристики (отражает
влияние напряжения Uзи на выходной ток стока Iс)
S = dIс / dUзи при Uси = const,
6) входное сопротивление (очень большое)
Rвх = dUзи / dIз при Uси = const,
7) выходное сопротивление (большое, составляет 10 кОм)
Rвых = dUси / dIс при Uзи = const,
8) коэффициент усиления (10 – 100).

22.

ПТ с изолированным затвором и встроенным n-каналом
МОП – металл-окисел-полупроводник,
МДП – металл-диэлектрик-полупроводник.
UЗИ
Входная цепь

Затвор (З)
Исток (И)
Cток (С)
p
n
Диэлектрик
(SiO2)
n- канал
Ic
Подложка (р-область)
n

Выходная цепь
(силовая)
UСИ
Меняется не площадь сечения канала, а концентрация основных
носителей в канале.

23.

Стоковые (выходные) и стокозатворная (передаточная)
характеристики МДП-транзистора
со встроенным каналом
Ic
б
Uзи > 0
Uзи = 0
I c
Режим
обеднения
Режим
обогащения
-Uзи
+Uзи
Uзи < 0
Uси

24.

ПТ с изолированным затвором и индуцированным n-каналом
З
C
Диэлектрик ( SiO2
(
И
p
n
n
канал
Подложка (р-область)
Ic
Ic
Uзи> 0
Режим
обогащения
Uси
Режим
обогащения
Uзи
Вольт-амперные характеристики транзистора с индуцированным
каналом: а – стоковая Ic = f(Uси) при Uзи = const (выходная);
б – стокозатворная Ic = f(Uзи) при Uси = const (передаточная)

25.

Преимущества ПТ
1) высокое входное сопротивление, что соответствует
повышенному коэффициенту усиления по мощности,
2) обусловленность рабочего тока только основными
носителями заряда и, как следствие, высокое быстродействие,
3) почти полное разделение выходного сигнала от входного,
4) малый уровень шумов,
5) возможность работы на высокой частоте.
Недостатки ПТ
1) сравнительно низкие значения коммутируемого тока
(10-ки А) и напряжения (до 500 – 600 В),
2) высокие значения прямых потерь вследствие большого
сопротивления во включенном состоянии (0,2 – 0,5 Ом).
Применение ПТ

26. Применение

• 1) Ячейка флэш-памяти ПТ с
изолир.затвором
• 2) полупроводниковые приборы с
зарядовой связью в запоминающих
устройствах и однокристальных
фото/видеокамерах
English     Русский Rules