Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
ppt

Лекция «Транзисторы и электронные схемы на их основе» по Общей электротехнике и электронике (Никаноров В. Б.)

Тема

Транзисторы и электронные схемы на их основе

1.Общие сведения

• Транзистор – управляемый п/п НЭ, предназначенный для усиления сигнала по мощности.

• Транзисторы:

 биполярные;  униполярные (полевые).

• Биполярные транзисторы

 трехслойная структура с чередующимися типами эл.проводности

 с двумя p-n переходами.

• Выполняют из кремния, реже германия.

• Различают биполярные транзисторы двух типов: n-p-n и p-n-p

2.Принцип действия

• На переход ЭБ –напряжение UЭБ= 0..0,6 В подано в прямом направлении («-» с Э, «+» Б).

• На переход КБ – напряжение UКБ=10..30В – в обратном направлении («+» К, «-» Б) – рабочий режим.

• 4. Большая часть электронов попадает в К, образуя коллекторный ток IК=α·IЭ, где α = 0,9…0,995 – коэффициент передачи тока.

• 5. Коллекторный ток IK=IKO + α·IЭ

• 6.Количество электронов в IЭ определяется напряжением UЭБ, напряжение UБК только ускоряет электроны, не увеличивая их количества: IЭ от UБК зависит мало.

3.Схемы включения транзисторов

 Схема с ОБ – используют редко. Недостатки: большой входной ток (Iэ), малое входное сопротивление, малое усиление по току KI≤1.

Преимущества: высокая стабильность в работе.

 Схема с ОЭ – наибольшее распространение.

• Преимущества: мал входной ток, высокие К усиления,

 Схема с ОК - обладает высоким входным и малым выходным сопротивлением, мал коэффициент усиления по напряжению KU≤1

• Каскад с ОЭ – усилительный, с ОК – повторитель напряжения, с ОБ – повторитель тока.

4.ВАХ в схеме с ОЭ

• Транзистор – управляемый НЭ, характеризуется двумя ВАХ.

• Входная (базовая) ВАХ – IБ(UБЭ) – аналогична ВАХ диода. Практически не зависит от UКЭ.

• Семейство выходных ВАХ – Ik(UКЭ) IБ=const,

• в широком диапазоне UКЭ прямолинейны.

5.Электронные усилители

• - устройство, предназначенное для повышения мощности входного сигнала.

• Простейший усилительный каскад содержит:

 Источник постоянного тока, за счет энергии которого происходит усиление мощности входного сигнала;

 Транзистор;

 Цепи смещения, обеспечивающие режим транзистора по постоянному току (режим покоя).

• Основные характериcтики усилительного каскада.

 Коэффициент усиления по току KI = iвых/iвх⇒ (10…20);

 Коэффициент усиления по напряжению KU = uвых/uвх⇒ (10…20);

 Коэффициент усиления по мощности KP = Pвых/Pвх= KU· KI ⇒ (100…400)

 Коэффициенты усиления могут выражаться в логарифмических единицах – децибелах Ku,I (дБ) = 20lg(Ku,I); Kp(дБ) = 10lg(Kp)

• Многокаскадные усилители – для получения высокого KU (тысячи...миллионы)

• KU= KU1· KU2· … Kun

• Связь между каскадами –

• для УПТ – гальваническая или R,

• в усилителях переменного тока – через R-C.

6.Усилительный каскад с ОЭ

• Содержит:  Биполярный транзистор

n-p-n типа, включенный по схеме с ОЭ (Э – общий электрод для входной и выходной цепи.)

 источник постоянного тока Ек =10..30 В,, для усиления входного сигнала по мощности.

 Коллекторное сопротивление Rk, ограничивает ток в коллекторной цепи, на нем Uвых.

Принцип действия

• Для анализа использованы входная IБ(UБ) и выходная IК(UК) ВАХ.

• Коллекторная цепь представляет последовательно соединенные Rk с управляемым НЭ – транзистором. По 2 закону Кирхгофа

• Ek = Uk + IkRk

• Расчет такой нелинейной ЭЦ проводим графически методом пересечений

7.Нелинейные искажения

• Если изменения Uвх, IБ и IK укладываются в линейные участки входной и переходной характеристик, то форма выходного напряжения соответствует форме Uвх.

• Uвх – синусоида

8.Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ)

9.Фазо-частотная характеристика (ФЧХ)

• - показывает, что в области нижних частот Uвых опережает по фазе Uвх, а в области верхних частот отстает от него.

• В предельных случаях при f→0 φ→π/2, а при f→ φ→- π/2,

10.Температурная стабилизация

11.Классификация усилителей

• Коэффициент усиления Ku(f) в общем случае зависит от частоты (АЧХ).

• По типу АЧХ различают усилители:

• 1. Усилители постоянного тока (УПТ) – нижняя граница по частоте fн=0, верхняя fв=103..108Гц.

• 2. Усилитель низких частот (УНЧ):fн=20..50 Гц, fв=104..2·104Гц.

• 3. Усилитель высоких частот (УВЧ): fн=104.. 105 Гц, fв=107..108Гц.

• 4.Широкополосный усилитель

• fн=20..50 Гц, fв=107..108Гц.

12.Режимы работы транзисторов

• 1. Активный режим в усилителях.

• Э Б - смещен в прямом направлении

• - + (для n-p-n транзисторов)

• Б К – смещен в обратном направлении

• - + • 2. Режим насыщения – транзистор открыт IЭК – максимален.

• Э Б - смещен в прямом направлении

• - + (для n-p-n транзисторов)

• Б К – смещен в прямом направлении

• + - • 3. Режим отсечки – транзистор закрыт, IЭК ⇒0

• Э Б - смещен в обратном направлении

• + - (для n-p-n транзисторов)

• Б К – смещен в обратном направлении

• - + 13.Обратные связи в усилителях

• При глубокой ООС (ku>>1)

14.Дрейф нуля • - изменение выходного напряжения У при закороченных входных зажимах, т.е. при Uвх=0.

• специфичный недостаток УПТ, которые используются в измерительной технике для усиления сигналов порядка долей герц.

• Причины:  Нестабильность источников питания,

 Неточная компенсация температурной нестабильности;

 Старение транзисторов;

 Изменение температуры.

При этом усилитель без искажения воспроизводит сигналы Uвх>>Uдр.

• Меры по уменьшению дрейфа:

 Стабилизация источника питания на уровне ± 0,01% уменьшает уровень Uдр до 5…20 мВ/час.

 Применение дифференциальных УПТ.

15.Дифференциальный усилитель постоянного тока

• -выполнен по принципу четырехплечего моста.

• Требования к элементам схемы:

 R2 = R3  Подбирают пары Т1 и Т2 со строго идентичными характеристиками.

 Режимы пары Т1 и Т2 одинаковы.

 Стабильность существенно зависит от величины R1 (чем больше, тем лучше). Вместо R1 используют стабилизатор тока.

 Используют два источника ЭДС с Е1=Е2 (Е1 – коллекторная, Е2 – смещения ЭДС).

• Удается уменьшить дрейф в 20..100 раз до 1…20 мкВ/С.

16.Полевые (униполярные) транзисторы.

• - электропреобразовательные приборы, в которых ток управляется электрическим полем, и которые предназначены для усиления входного сигнала по мощности.

• Полевой транзистор можно рассматривать как резистор, сопротивление которого изменяется под действием поперечного электрического поля, создаваемого прилегающим к проводящему объему полупроводника управляющим электродом (затвором).

• В униполярном транзисторе управляемый ток обусловлен движением основных носителей.

• Применяют два вида полевых транзисторов:

 с управляющим p-n переходом;

 с изолированным затвором.

• На рис. показана структура и схема включения полевого транзистора с управляющим p-n переходом и каналом n типа.

• При увеличении управляющего напряжения Uзи (обратного напряжения на p-n переходе) поперечное сечение канала уменьшается и ток стока Ic уменьшается.

• Полевые транзисторы с изолированным затвором имеют структуру: металл (М) – диэлектрик (Д) – полупроводник (П) МДП

Показать полностью…
Похожие документы в приложении