P-N переход при обратном напряжении.

 

Пусть источник внешнего напряже­ния подключен положительным полюсом к области п, а отрицательным — к об­ласти р (рис. 2.4, а). Под действием такого обратного напряжения и_обр через переход протекает очень небольшой обратный ток i_o6p, что объясняется следующим образом. Поле, создаваемое обратным напряжением, складывается с полем контактной разности потенциалов. На рис. 2.4, а это показывают одина­ковые направления векторов E_к и Е_обр. Результирующее поле усиливается, и высота потенциального барьера теперь равна u_к + u_о6р (рис. 2.4, б). Уже при небольшом повышении барьера диффу­зионное перемещение основных носите лей через переход прекращается, т. е.iдиф = 0, так как собственные скорости носителей недостаточны для преодоле­ния барьера. А ток проводимости остается почти неизменным, поскольку он определяется главным образом числом неосновных носителей, попадаю­щих на п — р-переход из п- и р-об-ластей. Выведение неосновных носителей через п — р-переход ускоряющим электри­ческим полем, созданным обратным напряжением, называют экстракцией но­сителей заряда (слово «экстракция» озна­чает «выдергивание, извлечение»).

Таким образом, обратный ток i_обр представляет собой ток проводимости, вызванный перемещением неосновных носителей. Обратный ток получается очень небольшим, так как неосновных носителей мало и, кроме того, сопро­тивление запирающего слоя при обрат­ном напряжении очень велико. Действи­тельно, при повышении обратного на­пряжения поле в месте перехода стано­вится сильнее и под действием этого поля больше основных носителей «вы­талкивается» из пограничных слоев в глубь п- и р-областей. Поэтому с уве­личением обратного напряжения уве­личивается не только высота потен­циального барьера, но и толщина за пирающего слоя (d_о6р > d). Этот слой еще сильнее обедняется носителями, и его сопротивление значительно воз­растает, т. е. R_обр»R_пр. Уже при сравнительно небольшом обратном напряжении обратный ток становится практически постоянным. Это объясняется тем, что число неосновных носителей ограничено. С повышением температуры концентрация их возрастает и обратный ток увеличивается, а обрат­ное сопротивление уменьшается.

 

 

69 Рабочий режим БПТ.

 

Рабочим режимом транзистора принято называть его работу под нагрузкой. Функциональная схема усилителя в общем виде представлена на рис. 2.9. В усилителях, эквивалентная схема которого представлена на рис. 2.9, источник управляющей энергии называется источником сигнала, а цепь усилителя, в которую поступают его электрические колебания, - входом. Устройство, к которому подводят усиленные колебания, называется нагрузкой, а цепь усилителя, к которой подключают эту нагрузку, - выходом. Устройство, от которого усилитель получает энергию, преобразуемую им в усиленные электрические колебания, называют источником питания (обычно используют источник постоянного напряжения, а исключение составляют параметрические усилители).

При выборе схемы включения транзистора по переменному току следует учитывать особенности различных схем.

Схема включения с ОБ обладает сравнительно малым входным и большим выходным сопротивлением, однако сравнительно небольшая зависимость параметров от температуры и более равномерная частотная характеристика выгодно отличает ее от других схем включения. В схеме с ОБ достигаются максимальные значения коллекторного напряжения, что важно для использования в ней мощных транзисторов.

Схема включения с ОЭ обладает наибольшим усилением по мощности, что уменьшает количество каскадов в схеме, но неравномерная частотная характеристика, большая зависимость параметров от температуры и меньшее максимально допустимое коллекторное напряжение снижают преимущества этой схемы включения. Входные и выходные сопротивления усилителя на транзисторах, включенных в схему с ОЭ, отличаются меньше, чем в схеме с ОБ, что облегчает построение многокаскадных усилителей. Схема включения с ОК (эмиттерный повторитель) обладает большим входным и малым выходным сопротивлением. Это свойство находит широкое применение в согласующих каскадах. Частотная характеристика схемы сходна со схемой включения транзистора с ОЭ.

Физика процесса в ПТ.

 

Физические процессы в полевом транзисторе происходят следующим об­разом. При изменении входного напря­жения изменяется обратное напряжение на п — р-переходе, и от этого изменяет­ся толщина запирающего (обедненного) слоя, ограниченного на рис. 7.1 штрихо­выми линиями. Соответственно этому меняется площадь поперечного сечения области, через которую проходит поток основных носителей заряда, т. е. выход­ной ток. Эта область называется кана­лом.

Электрод, из которого в канал вы­текают основные носители заряда, назы­вают истоком (И). Из канала носители проходят к электроду, который называ­ется стоком (С). Исток и сток анало­гичны катоду и аноду электронной лам­пы соответственно. Управляющий элект­род, предназначенный для регулирова­ния площади поперечного сечения ка­нала, называется затвором (3), и в какой-то степени он аналогичен сетке вакуум­ного триода или базе биполярного транзистора, хотя, конечно, по физи­ческому принципу работы затвор и база весьма различны.

Если увеличивать напряжение затво­ра u_з-и, то запирающий слой п — р-перехода становится толще и площадь по­перечного сечения канала уменьшается. Следовательно, его сопротивление по­стоянному току R_o возрастает и ток стока i_с становится меньше. При неко­тором запирающем напряжении u_з-и зап площадь поперечного сечения канала станет равной нулю и ток i_c будет весьма малым. Транзистор запирается. А при u_з-и = 0 сечение канала наиболь­шее, сопротивление R_o наименьшее, на­пример несколько сотен ом, и ток i_c получается наибольшим. Для того чтобы входное напряжение возможно более эффективно управляло выходным током, материал основного полупроводника, в котором создан канал, должен быть высокоомным, т. е. с невысокой концент­рацией примесей. Тогда запирающий слой в нем получается большей толщи­ны. Кроме того, начальная толщина самого канала (при u_з-и= 0) должна быть достаточно малой. Обычно она не превышает нескольких микрометров. Запирающее напряжение u_з-и-зап при этих условиях составляет единицы вольт.

Поскольку вдоль канала потенциал повышается по мере приближения к стоку, то ближе к стоку обратное напряжение п — р-перехода увеличива­ется и толщина запирающего слоя по­лучается больше.

 

 

Схемы питания ПТ.

 

Полевой транзистор в качестве элемента схемы представляет собой активный несимметричный четырехполюсник, у которого один из зажимов является общим для цепей входа и выхода. В зависимости от того, какой из электродов полевого транзистора подключен к общему выводу, различают схемы: с общим истоком и входом затвор; с общим стоком и входом на затвор; с общим затвором и входом на исток. Схемы включения полевого транзистора показаны на рис. 3.

По аналогии с ламповой электроникой, где за типовую принята схема с общим катодом, для полевых транзисторов типовой является схема с общим истоком.

Схема с ОИ - лучший усилитель мощности, так как она усиливает и по току и по напряжению.

Кроме того, схему с ОИ можно использовать в качестве фазоинвертора: фазу входного сигнала схема с ОИ на выходе меняет на противоположную. Усиления по напряжению в схеме нет: напряжение на выходе меньше входного; коэффициент передачи напряжения в истоковом повторителе со входа на выход еще меньше, чем в эмиттерном повторителе (0,5-0,7) Не усиливая по напряжению, схема истокового повторителя хорошо усиливает по току, поэтому она может быть использована в качестве усилителя мощности. Главным достоинством схемы с ОС является ее высокое входное сопротивление, которое объясняется тем, что в схеме усилителя действует 100-процентная отрицательная обратная связь по переменной составляющей тока. Имея большое входное и малое выходное сопротивления, схема истокового повторителя широко применяется для согласования высокоомной нагрузки с низкоомной, например, во входных цепях измерительных вольтметров, осциллографов.