Здесь уместно кратко представить основные схемные характеристики транзистора – прибора, наиболее часто используемого в электронных схемах на компонентном уровне (подробнее о транзисторе см. ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА; ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ ПРИБОРЫ; ТРАНЗИСТОР). Такой более старый прибор, как электронная лампа, на смену которой пришел транзистор, сейчас используется только в качестве специализированных устройств, например телевизионных кинескопов, и в таких применениях, где требуются большие мощности на высоких частотах – в частности, в выходных каскадах вещательных передатчиков. См. также ЭЛЕКТРОВАКУУМНЫЕ И ГАЗОРАЗРЯДНЫЕ ПРИБОРЫ.

(67.75 Кб)

Характеристики транзистора. Первая реализация транзистора (1948) возвестила начало эры электроники, в которой миниатюризация, эффективность и надежность приборов далеко превзошли ранее достигнутые пределы. Среди множества разработанных полупроводниковых приборов чаще других в современной микроэлектронике используются два: биполярный плоскостной транзистор (BJT) и полевой транзистор (FET, ПТ). По традиции, электронные приборы обычно классифицируют по числу выводов. У диода есть два вывода, а у триода (BJT и FET являются триодами) – три. Тетроды и пентоды имеют соответственно четыре и пять выводов.

Биполярный транзистор содержит в себе переходы между полупроводниковым материалом p-типа (где электрическая проводимость обеспечивается носителями положительного заряда, т.е. дырками) и полупроводниковым материалом n-типа (где проводимость осуществляется носителями отрицательного заряда – электронами). Металлургический переход между этими материалами – p-n-переход – образует прибор, получивший название диода с p-n-переходом. Все диоды дают на своих выводах характеристику типа показанной на рис. 1,б. На рис. 1,а представлены используемый на чертежах символ диода и испытательная схема, позволяющая снять его вольт-амперную характеристику.

(6.57 Кб)

У характеристики диода имеется область малого прироста сопротивления (крутая ветвь), в которой малое повышение приложенного напряжения дает большое увеличение тока через диод, но вместе с тем имеется также область большого прироста сопротивления, где диод пропускает малый ток независимо от поданного на него напряжения. Эти области называют соответственно областями прямого и обратного протекания тока. Типичные значения тока в диодах, не относящихся к категории мощных, могут составлять 10 мА в прямом и 0,1 мкА в обратном направлении. Если напряжение, приложенное в обратном направлении, сделать достаточно большим, может произойти пробой диода. Пробой этого типа, однако, может быть использован для создания диодного стабилизатора напряжения, известного под названием полупроводникового стабилитрона. Такие диоды выпускаются для широкого ряда номинальных напряжений, стабилизируемых пробоем.

Плоскостной диод, используемый для работы с более высокими мощностями, например для преобразования переменного тока в постоянный, обычно называют выпрямителем.

В принципе, биполярный транзистор представляет собой область полупроводникового материала p- или n-типа, которая образует переходы с областями полупроводникового материала, обладающего проводимостью противоположного типа. Таким образом, существуют биполярные транзисторы как n-p-n-, так и p-n-p-типа.

Для оптимизации рабочих характеристик транзистора используют различные структуры. Во всех случаях общую область называют базой, а переходы – переходом эмиттер-база (эмиттерный) и коллектор-база (коллекторный). Три внешних вывода имеют названия базового, эмиттерного и коллекторного и обозначаются соответственно b, e и c (рис. 2).

(4.63 Кб)

Электрические характеристики переходов эмиттер-база и коллектор-база, взятых по отдельности, такие же, как у диода; поэтому о транзисторе часто говорят, что это два диода, включенные «спина к спине». Для правильной работы транзистора напряжения смещения для него выбирают так, чтобы эмиттерный переход был смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. На рис. 2 показаны напряжения смещения V_e и V_c и направления создаваемых ими токов. Обратите внимание, что p-n-переход имеет прямое смещение, когда p-область положительна по отношению к n-области.

Удобный способ представления вольт-амперных характеристик транзистора – использование графика с семейством кривых. Эти кривые могут быть полезны при проектировании схем для работы в режиме большого сигнала или, что чаще, для разработки малосигнальных моделей, которые затем можно совершенствовать методами схемотехники. При построении характеристик транзистора возможны несколько вариантов выбора абсциссы, ординаты и параметра. Один из вариантов приводит к семейству кривых для схемы включения с «общей базой» (рис. 3).

(11.87 Кб)

Кривые, представленные на рис. 3, хорошо иллюстрируют работу транзистора. Важно обратить внимание на следующие моменты. За исключением влияния напряжения коллектора, входные характеристики, показанные на рис. 3,а, по существу такие же, как у диода, имеющего смещение в прямом направлении; но это так лишь до достижения точки, где переход коллектор-база становится смещенным в обратном направлении. Выходные характеристики (рис. 3,б) показывают, что коллекторный ток только немного меньше эмиттерного и практически не зависит от коллекторного напряжения, когда переход коллектор-база смещен в обратном направлении. Отметим, что выходные характеристики по существу такие же, как у обратно смещенного перехода, но сдвинуты на величину тока эмиттера. Тот факт, что изменение тока эмиттера не вызывает такого же изменения тока коллектора, показывает, что усиления здесь не получается. Однако, поскольку в качестве нагрузки можно использовать резистор с большим сопротивлением, транзистор в данной схеме может служить для передачи тока низкоомного источника на высокоомную нагрузку, обеспечивая тем самым значительное усиление мощности. Другие схемы включения транзисторов могут давать усиление тока и напряжения.

Транзистор, как уже говорилось, имеет три электрода. Выбор одного из электродов в качестве общего для входа, подключенного к источнику, и выхода на нагрузку дает в принципе шесть основных схем усилителей. Из них только три получили широкое распространение: схема с общей базой, эмиттером в качестве входа и коллектором в качестве выхода; схема с общим эмиттером, где база служит входом, а коллектор – выходом; схема с общим коллектором, где база служит входом, а эмиттер – выходом. Наиболее часто используют схему с общим эмиттером.

Описание процесса создания эквивалентных схемных моделей для усилителей рассмотренных конфигураций и получение математических выражений, дающих характеристики таких схем, выходят за рамки данной статьи. Результаты соответствующих расчетов можно кратко представить в следующем виде.

дальше