Усилительные свойства транзисторов: принцип работы и характеристики

Что такое усилительные свойства транзисторов. Как работает транзистор в режиме усиления. Какие основные параметры характеризуют усилительные свойства транзисторов. Как рассчитать коэффициент усиления транзистора по току, напряжению и мощности.

Принцип усиления сигнала с помощью транзистора

Усилительные свойства транзисторов основаны на их способности управлять большим током коллектора с помощью небольшого тока базы. Это позволяет получить усиление входного сигнала по току, напряжению и мощности.

Основной принцип работы транзистора в режиме усиления заключается в следующем:

• Небольшое изменение тока базы вызывает значительное изменение тока коллектора
• Изменение тока коллектора приводит к изменению напряжения на коллекторном резисторе
• В результате на выходе транзистора формируется усиленный сигнал

Таким образом, транзистор преобразует слабый входной сигнал в усиленный выходной сигнал за счет управления током коллектора.

Основные параметры, характеризующие усилительные свойства транзисторов

Усилительные свойства транзисторов характеризуются следующими основными параметрами:

Коэффициент усиления по току (β)

Коэффициент усиления по току показывает, во сколько раз изменение тока коллектора больше вызвавшего его изменения тока базы:

β = ΔIк / ΔIб

Типичные значения β для кремниевых транзисторов составляют 50-500.

Коэффициент усиления по напряжению (μ)

Коэффициент усиления по напряжению определяется как отношение изменения напряжения на коллекторе к вызвавшему его изменению напряжения на базе:

μ = ΔUк / ΔUб

Обычно μ имеет значения от нескольких десятков до нескольких сотен.

Коэффициент усиления по мощности (Kp)

Коэффициент усиления по мощности показывает отношение изменения выходной мощности к изменению входной мощности:

Kp = ΔPвых / ΔPвх

Kp может достигать значений в несколько тысяч.

Схема включения транзистора с общим эмиттером

Наиболее часто для усиления сигналов применяется схема включения транзистора с общим эмиттером. Рассмотрим принцип ее работы:

• Входной сигнал подается между базой и эмиттером
• Выходной сигнал снимается с коллектора относительно эмиттера
• В цепь коллектора включается нагрузочный резистор Rк
• Эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей

При подаче переменного сигнала на базу изменяется ток базы, что приводит к значительным изменениям тока коллектора. Это вызывает изменение падения напряжения на резисторе Rк, формируя усиленный выходной сигнал.

Расчет коэффициента усиления транзистора

Рассмотрим, как рассчитать основные коэффициенты усиления для схемы с общим эмиттером:

Коэффициент усиления по току:

Ki = Iк / Iб

Где Iк — ток коллектора, Iб — ток базы.

Коэффициент усиления по напряжению:

Ku = Uвых / Uвх = β * (Rк / rэ)

Где Rк — сопротивление коллекторной нагрузки, rэ — сопротивление эмиттерного перехода.

Коэффициент усиления по мощности:

Kp = Ki * Ku

Таким образом, зная параметры транзистора и схемы, можно рассчитать ожидаемые коэффициенты усиления.

Влияние температуры на усилительные свойства транзисторов

Температура оказывает существенное влияние на характеристики транзисторов:

• С ростом температуры увеличивается обратный ток коллекторного перехода
• Изменяется коэффициент передачи тока базы β
• Смещается рабочая точка транзистора

Для стабилизации работы усилителя при изменении температуры применяются следующие методы:

• Термокомпенсация с помощью терморезисторов
• Введение отрицательной обратной связи
• Использование дифференциальных каскадов

Правильный температурный режим работы позволяет обеспечить стабильность усилительных свойств транзистора.

Частотные свойства транзисторных усилителей

Усилительные свойства транзисторов зависят от частоты усиливаемого сигнала. Основные частотные характеристики:

Граничная частота коэффициента передачи тока (fT)

Частота, на которой коэффициент передачи тока уменьшается в √2 раз по сравнению с низкочастотным значением.

Предельная частота усиления (fmax)

Частота, на которой коэффициент усиления по мощности становится равным единице.

С ростом частоты усилительные свойства транзистора ухудшаются из-за влияния емкостей переходов и инерционности процессов в полупроводнике.

Применение транзисторных усилителей

Благодаря своим усилительным свойствам транзисторы нашли широкое применение в различных областях электроники:

• Усилители звуковых и радиочастотных сигналов
• Усилители постоянного тока
• Импульсные усилители
• Операционные усилители
• Усилители мощности

Транзисторные усилители используются практически во всех современных электронных устройствах — от бытовой техники до профессионального оборудования.

Перспективы развития транзисторных усилителей

Несмотря на появление новых типов усилительных приборов, транзисторы остаются основой современной электроники. Основные направления совершенствования транзисторных усилителей:

• Повышение рабочих частот и быстродействия
• Увеличение коэффициентов усиления
• Снижение уровня шумов
• Уменьшение энергопотребления
• Интеграция в микросхемы с высокой степенью интеграции

Развитие нанотехнологий позволяет создавать транзисторы с размерами в единицы нанометров, что открывает новые возможности для миниатюризации и повышения эффективности усилителей.

Усилительные свойства транзистора

2006-10-22 00:13 (0)

Способность транзистора распределять ток эмиттера в заданном соотношении между коллектором и базой может быть использована для усиления электрических сигналов. Отношение изменения силы тока в цепи коллектора к изменению тока в цепи базы при постоянном напряжении на коллекторе для каждого транзистора есть величина постоянная, называемая интегральным коэффициентом передачи базового тока :

Для транзисторов различных типов значение этого коэффициента лежит в пределах от 15—20 до 200—500. Следовательно, вызывая каким-то способом изменения тока в цепи базы транзистора, можно получить в десятки и даже в сотни раз большие изменения тока в цепи коллектора.

Используя параметр , связь между током коллектора I_K и током базы I_б, можно приближенно записать в виде

При включении транзистора по схеме, представленной на рис. 135 (схема с общим эмиттером), отношение изменения тока коллектора к изменению тока базы является отношением изменения выходного тока к изменению входного тока . Это отношение называется коэффициентом усиления по току

К_т:

Так как параметр B у транзистора может иметь значения от ~ 20 до ~ 500 , электрическая схема с использованием одного транзистора может усиливать электрические сигналы по току в десятки и даже сотни раз.

Для усиления сигнала по напряжению в цепь коллектора должен быть включен резистор R_к, значение электрического сопротивления которого должно быть рассчитано для каждого конкретного случая.

Изменение тока коллектора на некоторую величину   приводит к изменению напряжения между выходными клеммами на величину

Отношение этого изменения напряжения на выходе транзистора к вызвавшему его изменению напряжения на входе называется коэффициентом усиления каскада по напряжению К_н :

Изменением знака напряжения, подаваемого между базой и эмиттером, можно включать и выключать ток, протекающий через коллекторный вывод транзистора.

В качестве бесконтактных переключательных элементов транзисторы используются в различных приборах автоматического управления, электронных вычислительных машинах.

Видео

• Физика воздуха. Сжимаемость воздуха.

  2020-05-23

• Что такое электричество? | ПРОСТО ФИЗИКА с Алексеем Иванченко

  2020-05-23

• Курс подготовки к ЕГЭ. Физика. Урок №1 Кинематика равномерного движения

  2018-12-22

• Батавские слезки — опыты

  2017-12-15

• Тепловой рычаг — физические опыты

  2017-12-15

• Секрет ЖК-монитора — поляризационная пленка

  2017-12-15

• ЛАЗЕР В ВОДЕ — физические опыты

  2017-12-15

• ЭЛЕКТРОХРОМНАЯ ПЛЕНКА с токопроводящим слоем и жидкокристаллической основой

  2017-12-15

• Урок из космоса.Физика невесомости

  2017-12-12

• Абсолютный ноль — погоня за абсолютным нулём

  2017-12-12

1.

Усилительные свойства транзистора

Физические основы микроэлектроники; Электроника; Флеров А.Н., 2015

Лекция 9, тезисы

Параметры транзисторов

Параметры транзисторов

делятся на электрические и предельные эксплуатационные.

Электрические параметры:

1. Граничная частота, f_ГР;

2. Коэффициент передачи тока, K_I;

3. Обратные токи переходов при заданных обратных напряжениях, I_KO;

4. Емкости переходов, С_i-j;

и т.д.

Кроме общих электрических параметров в зависимости от назначения

транзистора указывается ряд специфических параметров, присущих данной категории транзисторов.

Предельные эксплуатационные параметры.

Предельные эксплуатационные параметры — это максимально допустимые значения напряжений, токов, мощности, температуры, при которых гарантируются работоспособность транзистора и значений его электрических параметров в пределах норм технических условий.

Например, к предельным эксплуатационным параметрам относятся:

1. Максимально допустимые обратные напряжения на переходах. U_{обр макс};

2. Максимально допустимая рассеиваемая мощность, P_{к макс};

3. Максимально допустимая температура корпуса, t^o_{макс корп};

4. Диапазон рабочих температур, t^o_мин, t^o_макс.

Режимы работы транзистора

В зависимости от полярности на­пряжений, приложенных к электродам транзистора, возможны четыре режима его работы:

— активный;

— отсечки;

— насыще­ния;

— инверсный.

Режимы насыщения и отсечки объединяют одним термином – ключевой режим.

Активный режим работы используется при усиле­нии малых сигналов, прямое напряжение подается на эмиттерный переход, а обрат­ное — на коллекторный.

В режиме отсечки оба перехода смеща­ются в обратном направлении. Ток тран­зистора в этом режиме мал, он практиче­ски заперт (транзистор заперт).

В режиме насыщения оба перехода смещаются в прямом направлении, через транзистор протекает максимальный ток, он полностью открыт (транзистор открыт).

В инверсном режиме (используется редко), эмиттерный переход смещен в обратном направле­нии, а коллекторный в прямом. Этот режим чаще всего используют в быстро­действующих ключевых схемах.

режим	полярность
активный	+	—	+	—
отсечки	—	+	+	—
насыщения	+	—	—	+
инверсный	—	+	—	+

Рис. 9.1 Полярности напряжений на электродах транзистора при различных режимах работы

Принцип действия транзисторов типа n-p-n такой же, только в область ба­зы вводятся из эмиттера не дырки, а электроны; полярность напряжений Е_к и Е_э будет противоположной случаю p-n-р; направления токов из­менится на противоположное, т.к. они обусловлены в данном случае не дыроч­ной, а электронной проводимостью.

Усилительные свойства транзистора рассмотрим на примере схемы включения транзистора с общей базой, рис .9.2

Рис.9.2

На вход транзистора, относительно перехода база-эмиттер, подаются два напряжения: постоянное напряжение смещения Е_Эи переменное напряжение подлежащее усилениюU_вх, причем

U_вх<< Е_Э (9.1)

Соотношение источников питания Е_Ки смещения Е_Э:

Е_Э< Е_К.(9. 2)

В коллекторную цепь транзистора включа­ется сопротивление нагрузки R_H.

Т.к. выходное со­противление транзистора (транзистор, со стороны коллек­торного перехода является источником тока, его внутреннее сопротивление велико,1-10 МОм), то можно в цепь коллектора включать большие по номиналу сопротивления нагрузки, почти не влияя на величину коллекторного тока (R_H — единицы и десятки килоом).

Соответственно в цепи нагрузки может выделяться значительная мощность (переменной составляющей)

P_вых~=1/2I_к²R_н (9.3)

Входное сопротивление схемы, напротив, весьма ма­ло (прямо смещенного эмиттерного перехода, единицы — десятки Ом). Соответственно

R_н >> R_вх, (9.4)

Поэтому при почти одинаковых токах коллектора и эмиттера I_к ~ I_э , (включение транзистора в схеме с общей базой) мощность, потребляемая в цепи эмиттера

P_вх~=1/2I_э²R_вх (9. 5)

оказывается несравненно меньше, чем выделяе­мая в цепи нагрузки.

P_вых/ P_вх ~R_н / R_вх (9.6а)

Из (9.6) и (9.4) видно, что

P_вых>> P_вх (9.6б)

!!! Т.о транзистор способен усиливать мощность, т.е. он являет­ся усилительным прибором.

Показатели, характеризующие усилительные свойства транзистора

— коэффициент усиления по току;

— коэффициент усиления по напряжению;

— коэффициент усиления по мощности.

1. Коэффициент усиления по току: отношение изменения выходного тока к, к вызвавшего его изменение входного тока Iэ

К_I=I_вых/I_вх= I_к/I_э (9.7)

Для приведенной схемы K_I < 1 (типовые значения К_I= 0,9 — 0,95), т. е. ток I_К в выходной цепи всегда несколько меньше тока Iэ, протекающего во входной цепи и транзистор, включенный по представленной выше схеме, уси­ления по току не дает.

Обычно отношение I_к/I_э обозначается  (в системе h параметров, см. п.3 “Для самостоятельного изучения“, для схемы с ОБ обозначается h_21б).

Чем больше коэффициент , тем меньше отличаются между собой токи I_К и I_Э, и соответственно, тем большими оказываются коэффициенты усиления транзистора по напряжению и по мощ­ности.

2. Коэффициент усиления по напряжению — отношение изменения выходного U_вых переменного напряжения к входному U_вx,:

K_U=U_вых /U_вx (9.8)

U_вых=I_K^{. .}R_н (9.9)

U_вх =I_вх r_эб, (9.10)

где r_эб сопротивление входной цепи транзистора (сопротивление участка эмиттер-база).

K_U=I_KR_н/I_Э^. r_эб =^. R_н/ rэб (9.11а)

т.к I_э ~I_{к ,} т.е. ~1 то

К_u~ R_н/rэб (9.11б)

3. Коэффициент усиления по мощности транзистора: отношение выходной мощности (выделяющейся на нагрузке) к входной

К_Р~ = P_вых/ P_вх=0.5I_K²R_н/ 0.5I_Э^2. rэб=^.2 R_н/^.rэб = R_н/^.rэб (9.12)

причем

К_Р= K_U К_I(9.13)

Для данной схемы (ОБ) К_Р численно равен K_U (К_I<1)и может достигать величины в несколько сотен.

Усиление сигнала с помощью транзистора происходит за счет потребления энергии от источника питания.

Сам транзистор выполня­ет функции своеобразного регулятора выходного тока, который под действием слабого входно­го сигнала, введенного в цепь с малым сопротивлением, изменяет ток в выход­ной цепи, обладающей большим сопротивлением.

Полевые транзисторы

Полевой транзистор полупроводниковый прибор, ток которого изменяется в результате действияперпендикулярноготоку электрического поля, создаваемого входным напряжением.

Полевые транзисторы (ПТ) в отличие от биполярных (БТ) ряд специфических особенностей:

— высокое входное сопротивление;

— малое потребление энергии по цепи управления

ПТ нашли широкое применение и как дискретные элементы схем, также они ши­роко используются в интегральных микросхемах (ИМС). Это объясняется простотой изготовления (в настоящее время) ПТ ИМС, по сравнению с БТ, малым потреблением энергии и высокой плотностью расположения элементов в ИМС.

Классификация полевых транзисторов (упрощенная)

ПТ

с изолированным

затвором (МОП, МДП)

металл — п/п с управляющим встроенный канал индуцированный канал

p—n переходом

р- канал n — канал р -канал n — канал

Рис. 9.3 Упрощенная классификация полевых транзисторов

Идея полевого транзистора с изолированным затворомбыла предложена

Ю. Лилиенфельдом в 1926-1928 годах. Объективные научные и технологические трудности в реализации этой конструкции позволили создать первый работающий прибор этого типа только в 1960 году.

В 1953 году Дейки и Росс предложили и реализовали другую конструкцию полевого транзистора — с управляющим p-n переходом.

Конструкция полевых транзисторов с барьером Шоттки— была предложена и реализована Мидом в 1966 году.

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом— это полевой транзистор, управление потоком основных носителей в котором происходит с помощью выпрямляющего электрического перехода, смещенного в обратном направлении.

Конструкция

Схематическое устройство полевого транзистора с управляющим p-n переходом представлено на рис. 9.4

Рис. 9.4 Упрощенная структура полевого транзистора с управляющим p-n переходом

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом представляет собой монокристалл полупроводникаn—типа проводимости.

По торцам кристалла методом напыления сформированы электроды, а посередине, с двух сторон, созданы две области p-типа проводимости также с электрическими выводами от этих областей,соединенные между собой(возможны и другие варианты структуры, например – цилиндрическая с кольцевым затвором).

На границе раздела областей с различным типом проводимости возникнет

р-n переход.

ПТ содержит три полупроводниковые области: две одного и того же типа проводи­мости, называемые соответственно истоком (И) и стоком (С), и противоположной им типа проводимости, называемой затвором (З).

Область между стоком и истоком называется каналом.

К каждой из областей (стоку, истоку и затвору) присоединены соответствую­щие выводы (невыпрямляющие контакты, омические).

В транзисторе используется движение носителей заряда одного знака (ос­новных носителей), которые, ПОД ДЕЙСТВИЕМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ, СОЗДАВАЕМОГО ВНЕШНИМ ИСТОЧНИКОМ (U_си), движутся из истока через канал в сток.

Этим объ­ясняются названия: исток— область, из которой выходят носители заряда, и сток — область, в которую они входят.

p—n переход при нормальном режиме работы транзистора должен быть обратносмещенным.

Физика работы

Действие прибора основано на зависимости толщины p-n перехода в зависимости от

приложенного к нему напряжения.

Источник напряжения U_3И создает отрицательное напряжение на затворе (относительно истока), p-n переход находится в запертом состоянии и почти полностью лишен подвижных носителей заряда, его проводимость практически равна нулю.

Увеличение запирающего напряжение на затворе приводит к увеличению ширины перехода (области обедненной носителями заряда) и соответственно к уменьшению сечения проводящего канала.

Если подключить к каналу источник питания U_ИС между стоком и истоком (невыпрямляющими контактами), то через кристалл полупро­водника потечет ток.

С уменьшением или увеличением напряжения на затворе (U_3И’, U_3И” на рис.9.4) уменьшается или увеличивается ширина p-n перехода, вследствие этого изменяется сечение канала которое зависит от толщины р-n перехода т.е. изменяется сопротивление канала и в результате изменяется величина тока стока I_С.

Таким образом, изменением напряжения на затворе, можно управлять 1_С.

Носители в канале движутся от истока к стоку под действием продольного электрического поля (направленного вдоль канала), создаваемого напряжением меду стоком и истоком.

Основным процессом переноса носителей заряда, образующим ток полевого транзистора, является дрейфосновных носителей в электрическом поле.

Электрическое поле, возникающее при приложении напряжения между затво­ром и истоком, направлено перпендикулярно дви­жению носителей в канале и при этом говорят, что ток транзистора управляется поперечным электрическим полем.

Можно подобрать такое отрицательное напряжение на затворе, при котором произойдет полное перекрытие канала.

При полностью перекрытом канале ток канала I_C обращается в нуль, а в це­пи стока течет лишь малый остаточный ток (или ток отсечки) I_СО.

Он состоит из обратного тока p-n перехода I₀ и тока утечки I_у, протекающего по поверх­ности кристалла. Т.к. I_у « I₀, то I_со ~ I₀ .

!!! Полевой транзисторв отличие от биполярного иногда называютуниполярным, т. к. его работа основана только токах основных носителях заряда либо электронов, либо дырок (зависит от типа канала).

Вследствие этого в полевом транзисторе отсутствуют процессы накопления и рассасывания объемного заряда неосновных носителей, оказывающих заметное влияние на быстродействие биполярного транзистора.

Модуляция ширины канала

Врабочем режиме по каналу протекает ток I_С, поэтому потенциалы раз­личных поперечных сечений оказываются неодинаковыми, рис.9.5 (для примера показан транзистор с каналом p- типа, напряжение на затворе – положительное, а на стоке — отрицательное).

Рис. 9.5 Модуляция шириныp- канала

Потенциал U_Cх, распре­деленный вдоль канала, меняется от 0 (у земляного вывода) у истока до U_C у стока.

Оба напряжения U_ЗИ (положительное)и U_Cх(отрицательное) являются запирающими для p-n перехода.

Наибольшим будет сечение канала возле истока, где напряжение на переходе U_pn = U_3И, и наименьшим возле стока, где U_{pn =} U_ЗИ — Uc.

Если увеличивать напряжение на стоке Uc, то увеличение I_С, начиная с некоторого

значения Uc, прекратиться, т.к. сужение канала будет увеличивать его сопро­тивление и увеличения тока, несмотря на увеличение напряжения, происходить не будет. Этот процесс называется насыщением.

При относительно большом напряжении Uc, когда U_СИ + U_3И > U_{pn допуст} , в сто­ковом участке обратно включенного управляющего p-n перехода возникает электрический лавинный пробой и I_С резко возрастает. Этот ток замыкается через электрод затвора.

Условное графическое обозначениеполевого транзистора с управляющимp-nпереходом:

Рис. 9.6Условные обозначения полевого транзистора, имеющего канал n-типа (а) и

p-типа (б). Стрелка в выводе затвора указывает направление прямого тока через р-n переход

Статические ВАХ ПТ с управляющим р —n переходом

1. Статическая стоковая характеристика

Ic = f(Uc) при U_ЗИ = const, см. рис.9.7

Рис. 9.7 Стоковая характеристика

При U_ЗИ < U_пор — транзистор закрыт, и его ВАХ подобна обратной ветви полупроводникового диода (нижняя кривая на рис.9.7).

Она практически совпадает с осью напряже­ний, отклоняясь от нее в области электрического пробоя.

При U_3И = 0 и малых значениях U_СИ ток стока изменяется прямо пропорционально с изменением на­пряжения (участок АБ).

В точке БВ из-за заметного сужения стокового участка канала и уменьше­ния его общей проводимости намечается некоторое отклонение характеристики от прямой линии.

На участке БВ существенное сужение стокового участка канала и значи­тельное уменьшения его общей проводимости вызывают замедление роста тока I_С с увеличением U_СИ.

В точке В, при U_{СИ нас} ток стока достигает величины I_{С нас} и в дальнейшем остается почти неизменным.

Базовый транзисторный усилитель — транзисторы с биполярным соединением

Транзисторы с биполярным соединением

Перед тем, как перейти к базовому транзисторному усилителю, давайте рассмотрим два термина. необходимо знать: усилитель и усилитель . Усиление — это процесс увеличения мощности сигнала . Сигнал — это просто общий термин, используемый для обозначения любого конкретного тока, напряжение или мощность в цепи. Усилитель – это устройство, обеспечивающее усиление (увеличение тока, напряжения или мощности сигнала) без существенно изменить исходный сигнал.

Транзисторы часто используются в качестве усилителей. Некоторые транзисторные схемы это усилители тока , с малым сопротивлением нагрузки; другие схемы рассчитаны на усиление напряжения и имеют высокое сопротивление нагрузки; другие усиливают мощности .

Базовый транзисторный усилитель (версия NPN)

Теперь взгляните на NPN-версию базового транзисторного усилителя в рисунок выше, и давайте посмотрим, как это работает.

Вставляя один или несколько резисторов в цепь, можно использовать различные методы может быть достигнуто смещение и устранена батарея эмиттер-база. Кроме того Чтобы исключить батарею, некоторые из этих методов смещения компенсируют небольшое изменения характеристик транзистора и изменения проводимости транзистора в результате температурных перепадов. Обратите внимание на рисунок выше, что эмиттерно-базовая батарея была устранена, а резистор смещения R _B вставлен между коллектором и основанием. Резистор R _B обеспечивает необходимое прямое смещение для переход эмиттер-база. Электронный ток протекает в цепи смещения эмиттер-база. от земли к эмиттеру, от базы и через R _B до V _CC . Так как ток в базовой цепи очень мал (несколько десятков микроампер) а прямое сопротивление транзистора низкое, всего несколько десятых вольт положительного смещения будет ощущаться на базе транзистора. Однако, этого достаточно напряжения на базе, вместе с землей на эмиттере и большое положительное напряжение на коллекторе, чтобы правильно сместить транзистор.

При правильном смещении Q ₁ постоянный ток течет непрерывно, с входным сигналом или без него по всей цепи. Прямой ток, протекающий по цепи, создает больше, чем просто базовое смещение; он также развивает напряжение коллектора ( В _C ) по мере его протекания через Q ₁ и R _L . Обратите внимание на коллекционера. напряжение на выходном графике. Так как он присутствует в цепи без входной сигнал, затем выходной сигнал начинается с В _С уровень и либо увеличивается, либо уменьшается. Эти постоянные напряжения и токи, которые существуют в цепи до подачи сигнала, известны как покоящиеся напряжения и токи (состояние покоя цепи).

Резистор R _L , резистор нагрузки коллектора, помещается в схема, чтобы полностью отключить напряжение питания коллектора коллектор. Это позволяет напряжению коллектора ( В _С ) для изменения входным сигналом, что, в свою очередь, позволяет транзистору усиливать напряжение. Без R _L в цепи напряжение на коллекторе бы всегда быть равным V _CC .

Конденсатор связи ( C ₁ ) является еще одним новым дополнением к транзисторная схема. Он используется для передачи входного сигнала переменного тока и заблокировать постоянное напряжение от предыдущей цепи. Это предотвращает постоянный ток в схема слева от разделительного конденсатора от влияния смещения на Q ₁ . Конденсатор связи также блокирует смещение Q ₁ от достижения источника входного сигнала.

На вход усилителя подается синусоидальный сигнал, который колеблется на десятки милливольт выше и ниже нуля. Он вводится в цепь конденсатором связи. и применяется между базой и эмиттером. Когда входной сигнал становится положительным, напряжение на переходе эмиттер-база становится более положительным. Это в эффект увеличивает прямое смещение, что приводит к увеличению тока базы в той же скорости, что и входная синусоида. Токи эмиттера и коллектора также увеличивается, но намного больше, чем базовый ток. С увеличением коллектора ток, большее напряжение развивается через Р _Л . Поскольку напряжение на R _L и напряжение на Q ₁ (коллектор к эмиттеру) должны составлять В _СС , увеличение напряжение на R _L приводит к одинаковому снижению напряжения через Q ₁ . Следовательно, выходное напряжение усилителя, снято на коллекторе Q ₁ по отношению к эмиттеру, представляет собой отрицательное чередование напряжения, которое больше входного, но имеет одинаковые характеристики синусоиды.

При отрицательном чередовании входа входной сигнал противодействует смещение вперед. Это действие уменьшает базовый ток, что приводит к уменьшение токов как эмиттера, так и коллектора. Снижение тока через R _L уменьшает падение напряжения и вызывает на транзисторе расти вместе с выходным напряжением. Следовательно выход для отрицательного чередования входа — положительное чередование напряжение, которое больше входного, но имеет те же характеристики синусоидальной волны.

Исследуя как входные, так и выходные сигналы для одного полного чередования вход, мы можем видеть, что выход усилителя является точным воспроизведение входного сигнала, за исключением изменения полярности и увеличенная амплитуда (десятки милливольт по сравнению с несколькими вольтами).

Базовый транзисторный усилитель (версия PNP)

Версия PNP этого усилителя показана выше. Основное отличие между усилителем NPN и PNP полярность источника напряжения. С минус В _CC , базовое напряжение PNP слегка отрицательное по отношению к земле, что обеспечивает необходимое условие прямого смещения между эмиттером и базой.

Когда входной сигнал PNP становится положительным, он препятствует прямому смещению транзистор. Это действие отменяет часть отрицательного напряжения на перехода эмиттер-база, который уменьшает ток через транзистор. Поэтому напряжение на нагрузочном резисторе уменьшается, а напряжение на транзисторе увеличивается. С В _CC отрицательный, напряжение на коллекторе ( В _С ) идет в отрицательном направлении (как показано на выходном графике) к В _CC (например, от -5 вольт до -7 вольт). Таким образом, на выходе получается отрицательное чередование напряжение, которое изменяется с той же скоростью, что и входная синусоидальная волна, но противоположно в полярности и имеет большую амплитуду.

При отрицательном чередовании входного сигнала ток транзистора увеличивается, потому что входное напряжение способствует прямому смещению. Следовательно напряжение на R _L увеличивается, а следовательно, напряжение на транзисторе уменьшается или идет в положительном направлении (например: от -5 вольт до -3 вольт). Это действие приводит к положительному выходное напряжение, которое имеет те же характеристики, что и входное, за исключением того, что он был усилен, а полярность изменена.

Таким образом, входные сигналы в предыдущих схемах были усилены, потому что небольшое изменение тока базы вызвало большое изменение тока коллектора. И, установив резистор R _L последовательно с коллектором, было достигнуто усиление напряжения.

ТРАНЗИСТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ | Полупроводниковые детекторные системы

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicSemiconductor Detector SystemsАстрономия и астрофизикаПолупроводниковая и мезоскопическая физикаКнигиЖурналы Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicSemiconductor Detector SystemsАстрономия и астрофизикаПолупроводниковая и мезоскопическая физикаКнигиЖурналы Термин поиска на микросайте

Расширенный поиск

• Иконка Цитировать Цитировать

• Разрешения

• Делиться
  • Твиттер
  • Подробнее

Cite

Spieler, Helmuth,

«ТРАНЗИСТОРЫ И УСИЛИТЕЛИ»

,

Semiconductor Detector Systems

, Series on Semiconductor Science and Technology

(

Oxford,

2005;

online edn,

Oxford Academic

, 1 Sept. 2007

), https:/ /doi.org/10.1093/acprof:oso/9780198527848.003.0006,

, по состоянию на 16 января 2023 г.

Выберите формат Выберите format.ris (Mendeley, Papers, Zotero).enw (EndNote).bibtex (BibTex).txt (Medlars, RefWorks)

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicSemiconductor Detector SystemsАстрономия и астрофизикаПолупроводниковая и мезоскопическая физикаКнигиЖурналы Термин поиска мобильного микросайта

Закрыть

Фильтр поиска панели навигации Oxford AcademicSemiconductor Detector SystemsАстрономия и астрофизикаПолупроводниковая и мезоскопическая физикаКнигиЖурналы Термин поиска на микросайте

Advanced Search

Abstract

В этой главе рассматриваются транзисторы, их шумовые свойства и применение в базовых схемах. Во-первых, физика биполярных транзисторов обсуждается с акцентом на параметры устройства, важные для схемотехники. Свойства схем с общим эмиттером, общей базой и общим коллектором (эмиттерный повторитель) обсуждаются вместе с расширениями для каскодных и дифференциальных усилителей. Аналогичная трактовка применяется к полевым транзисторам с переходом (JFET) и устройствам на основе оксидов металлов (MOSFET). Выведены шумовые свойства биполярных и полевых транзисторов, а также их зависимость от параметров устройства и условий эксплуатации. Затем эти результаты применяются к общему шуму при использовании детектора и формирователя импульсов. Работа с низким энергопотреблением важна для крупномасштабных полосовых и пиксельных детекторов, поэтому в заключительных разделах обсуждаются методы оптимизации баланса между шумом, скоростью и мощностью.

Ключевые слова: биполярный транзистор, полевой транзистор, JFET, MOSFET, усилители, схемы, дифференциальный усилитель, каскод, электронный шум, маломощный режим

Предмет

Астрономия и астрофизикаПолупроводниковая и мезоскопическая физика

В настоящее время у вас нет доступа к этой главе.

Войти

Получить помощь с доступом

Получить помощь с доступом

Доступ для учреждений

Доступ к контенту в Oxford Academic часто предоставляется посредством институциональных подписок и покупок. Если вы являетесь членом учреждения с активной учетной записью, вы можете получить доступ к контенту одним из следующих способов:

Доступ на основе IP

Как правило, доступ предоставляется через институциональную сеть к диапазону IP-адресов. Эта аутентификация происходит автоматически, и невозможно выйти из учетной записи с IP-аутентификацией.

Войдите через свое учреждение

Выберите этот вариант, чтобы получить удаленный доступ за пределами вашего учреждения. Технология Shibboleth/Open Athens используется для обеспечения единого входа между веб-сайтом вашего учебного заведения и Oxford Academic.

1. Щелкните Войти через свое учреждение.
2. Выберите свое учреждение из предоставленного списка, после чего вы перейдете на веб-сайт вашего учреждения для входа.
3. Находясь на сайте учреждения, используйте учетные данные, предоставленные вашим учреждением. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
4. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если вашего учреждения нет в списке или вы не можете войти на веб-сайт своего учреждения, обратитесь к своему библиотекарю или администратору.

Войти с помощью читательского билета

Введите номер своего читательского билета, чтобы войти в систему. Если вы не можете войти в систему, обратитесь к своему библиотекарю.

Члены общества

Доступ члена общества к журналу достигается одним из следующих способов:

Войти через сайт сообщества

Многие общества предлагают единый вход между веб-сайтом общества и Oxford Academic. Если вы видите «Войти через сайт сообщества» на панели входа в журнале:

1. Щелкните Войти через сайт сообщества.
2. При посещении сайта общества используйте учетные данные, предоставленные этим обществом. Не используйте личную учетную запись Oxford Academic.
3. После успешного входа вы вернетесь в Oxford Academic.

Если у вас нет учетной записи сообщества или вы забыли свое имя пользователя или пароль, обратитесь в свое общество.

Вход через личный кабинет

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам. Смотри ниже.

Личный кабинет

Личную учетную запись можно использовать для получения оповещений по электронной почте, сохранения результатов поиска, покупки контента и активации подписок.

Некоторые общества используют личные аккаунты Oxford Academic для предоставления доступа своим членам.

Просмотр учетных записей, вошедших в систему

Щелкните значок учетной записи в правом верхнем углу, чтобы:

• Просмотр вашей личной учетной записи и доступ к функциям управления учетной записью.
• Просмотр институциональных учетных записей, предоставляющих доступ.

Выполнен вход, но нет доступа к содержимому

Oxford Academic предлагает широкий ассортимент продукции. Подписка учреждения может не распространяться на контент, к которому вы пытаетесь получить доступ. Если вы считаете, что у вас должен быть доступ к этому контенту, обратитесь к своему библиотекарю.

Ведение счетов организаций

Для библиотекарей и администраторов ваша личная учетная запись также предоставляет доступ к управлению институциональной учетной записью. Здесь вы найдете параметры для просмотра и активации подписок, управления институциональными настройками и параметрами доступа, доступа к статистике использования и т.