Напівпровідникові прилади (Електропровідність напівпровідників. Електричний струм в напівпровідниках. Електронно-дірковий перехід та його властивості), страница 9

Враховуючи властивості транзистора, включеного по схемі ЗБ можна визначити її області переважного використання. До них  відносяться підсилювачі потужності без підсилення струму, а також схеми перетворення джерела напруги в джерело струму.

Схема з загальним емітером.

Для такої схеми емітерний електрод являється загальним як для вхідного кола, так і для вихідного.(рис. 1.26,а).

Вихідні характеристики транзистора, які відображають залежність

І_К=f(U_КБ) при І_Б=const

 

розміщуються повністю в першому квадранті і починаються з початку координатних осей. При відсутності колекторної напруги, тобто при U_КБ=0 напруга на колекторному і емітерному електродах задається джерелом Е_БЕ. Завдяки цьому обидва p-n переходи зміщуються в прямо-му напрямку. В результаті основні носії емітера і колектора будуть переходити в область бази, компенсуючи один другого. Зростання на-пруги колекторного джерела Е_КЕ приведе до запирання колекторного p-n переходу, що відображається на сімействі характеристик переходом на більш похилі ділянки ВАХ при визначеній  величині струму  бази.

Так як  при розглядаємій схемі включення вхідним струмом являється струм бази, то замінивши в формулі

 І_К = a І_Е  + І_К0,

емітерний струм І_Е  через  І_К +І_Б

, одержуємо:

І_К =b +

 (1+b)І_К0,                      (1.6)

де b =  a/(1-a) = І_К/І_Б – коефіцієнт передачі струму в схемі ЗЕ.

Враховуючи, що a» 0.95 — 0.99, находимо b » 20-100, а реально приймає значення до 1000 одиниць..

На відміну від характеристик, приведених на рис.1.25,б, де з ростом колекторної напруги колекторний струм зростає майже не зростає, рис. 1.26,б демонструє помітне зростання  струму І_К. Це пояснюється тим, що відповідно до формули b=a/(1-a) незначні зміни  коефіцієнта a  будуть приводити до значних змін b, так як в знаменику маємо різницу близьких чисел. Це впливає на нерівномірність характеристик транзистора при пропорційних змінах І_Б.

В той же час формула 1.6 відображає як позитивні, так і негативні моменти схеми ЗБ. До позитивних слід віднести той факт, що b>>1, тобто схема забезпечує високий коефіцієнт підсилення струму. До негативних - значна залежність колекторного струму від зворотнього струму колекторного переходу, який в b+1 раз більший  ніж в схемі ЗБ. Як результат, схема ЗЕ має значно більшу чутливість до зміни температури, ніж схема ЗБ.

Вхідні характеристики відображають залежність (рис. 1.26, в)

І_Б = f(U_БЕ) при U_К=const.

При U_КЕ = 0 вхідна характеристика відображає ВАХ паралельно з’єднаних колектороного і емітерного p-n переходів. При U_К ¹ 0 через базовий електрод протікає лише рекомбінаційна складова емітерного p-n переходу, а зростання колекторної напруги буде приводити до зменшення рекомбінаційної складової і, відповідно, струму бази. Так як в базовому струмі присутній зворотній струм колекторного переходу, то при U_КЕ ¹ 0 і  U_Б = 0 будемо мати значення базового струму І_Б = -І_К0.

Розглянута схема включення знаходить здебільшого використання в підсилювачах напруги, струму, потужності. Порівнюючи з схемою ЗБ схема ЗЕ має значно більший вхідний опір, так як при одній і тій же напрузі U_БЕ вхідний струм в b+1 раз менший. Вихідний опір схеми такого менший, в b+1 раз, що видно і з нахилу сімейства вихідних характеристик.

Схема з загальним колектором (Рис. 1.27)

По своїх властивостях і характеристиках транзистора схема ЗК близька до схеми ЗЕ. Єдине, що її суттєво відрізняє від схеми ЗЕ – це низький вихідний і високий вхід-ний опір, що дає можливість вико-ристовувати її для узгодження опорів високоомного джерела і низькоомного споживача, а також як регулюючого вузла в схемах транзисторних стабілізаторів напруги.

Схема заміщення транзистора в h-параметрах.

Оскільки транзистор являється нелінійним елементом, то його використання як підсилювача електричних сигналів можливо лише в околиці робочої точки вибраної з допомогою джерел постійного струму. В такому разі він може розглядатись як лінійний активний чотирьохполюсник, диференційні характеристики якого можна визначити з допомогою сімейства вхідних і вихідних характеристик. Для транзистора, як чотирьохполюсника частіше за все, в якості незалежних змінних, вибирають вхідний струм I₁, вихідну напругу U₂ (рис. 1.28,а); залежними змінними являються вхідна напруга U₁ і вихідний струм I₂, а в якості поєднуючих коефіцієнтів вибирають h-параметри, які вибираються відповідно до умов ,  описаних  в (  ). Для незначних приростівнезалежних параметрів в околиці вибраної робочої точки А (рис. 1.28,б) рівняння, поєднуючі h- параметри з вхідними та вихідними  змінними приймуть вигляд:

DU₁=h₁₁DI₁+h₁₂DU₂;

DI₂=h₂₁DI₁+h₂₂DU₂;

h-параметри можуть бути визначені з допомогою графіків вхідних і вихідних ВАХ транзистора (рис. 1.28, б, в):

h₁₁=|_DU2=0 = r_вх.;                          h₂₁=|_DU2=0 = b;

h₁₂=|_DI2=0 » 0;                             h₂₂=|_DI2=0 = (r_вих)^-1 ;

Відповідна схема заміщення транзистора приведена на рис. 1.28,г. Вона характеризує транзистор, як електричну схему, в якій відбувається перетворення приростів вхідних змінних в вихідні в околиці вибраної робочої точки.

Фактично це означає, що в транзисторній схемі підсилення з допомогою зовнішніх елементів встановлюється робоча точка транзистора, а потім подається вхідний змінний сигнал, або невеликі відхилення постійного для їх підсилення. В такій схемі транзистор буде працювати з параметрами, які визначені для схеми заміщення.

1.8.Польові транзистори.

Польові транзистори – це напівпровідникові прилади, в яких регулювання вихідного струму забезпечується змінною провідності напівпровідникового матеріалу, шляхом дії електричного поля. На рис. 1.29,а приведена струк-тура транзистора, який називається транзистором з p-n переходом. Ос-нову його пред-ставляє n-канал з невисокою кон-центрацією ос-новних носіїв зверху і внизу якого приєднані електроди. З обох боків n-каналу створюється напівпровідник р-типу з високою концентрацією основних носіїв. В результаті по межі розділу p і n структур створюється p-n перехід, який зв’язує вільні носії n-каналу. Електроди р-структури з’єднуються і приєднуються до третього електроду транзистора. Відповідно до англомовної термінології, назви електродів знизу вверх мають назви: source (джерело), gate (вентіль, клапан, затвор), drain (витік, дренаж).