Транзисторы

в г

В схеме с общим истоком (рис. 6 а) входной сигнал подаётся на затвор относительно истока, а выходной – снимается между стоком и истоком. Максимальное усиление напряжения достигается при сопротивлении нагрузки, много большем сопротивления стока, и называется оно собственным коэффициентом усиления полевого транзистора (мю). Оно численно равно произведению крутизны на сопротивление стока

(Ком)

Например, если принять средние значения S = 0,5 ма/в и rc = 500 Ком , то получим что само по себе немало.

В том случае, когда сопротивление нагрузки rн и стока rc соизмеримы, коэффициент усиления напряжения равен

Если же сопротивление нагрузки много меньше сопротивления стока, то из предыдущей формулы вытекает более простое выражение

(Ком),

Из которого следует, что усиление по напряжению прямо пропорционально произведению крутизны на сопротивление нагрузки. Физически это можно иллюстрировать таким примером. Пусть величина входного напряжения на затворе уменьшилась на 1 в. Тогда согласно ранее приведённому соотношению ток стока должен увеличиться на S ма. Это изменение тока стока вызовет изменение падения напряжения на нагрузке rн (Ком) на величину Uвых = Srн в. Поскольку первоначально было принято, что Uвх = 1 в, то коэффициент усиления по напряжению оказывается равным

(Ком)

что соответствует последней выведенной формуле.

Как видно из разобранных примеров, с точки зрения повышения усиления по напряжению желательно иметь высокие значения крутизны и сопротивления нагрузки. Правда, здесь есть свои разумные пределы, так как повышение крутизны связано с ростом потребляемого тока, а увеличение сопротивления нагрузки, в особенности активной, требует значительного повышения напряжения питания. Действительно, при Sо = 0,5 ма и Rн = 10 Ком имеем ма и в. То есть только на активном сопротивлении нагрузки падает около 12в. Напряжение питания должно быть на 5 – 8в выше, следовательно, около 17 – 20в.

Использование полевых транзисторов не даёт существенного выиграша в усилении по напряжению сравнительно с биполярными транзисторами. Но зато они дают значительное усиление мощности, вследствие высокого входного сопротивления, которое на низких частотах может составлять десятки мегом. Биполярные транзисторы имеют входное сопротивление в сотни и тысячи раз меньше.

В схеме с общим затвором (рис. 6 б) входным электродом является исток, выходным – сток. Отличается эта схема низким входным сопротивлением, равным

.

Поскольку обычно выполняется условие << rс, то с учётом >>1 получается приближённое выражение

Это значит, что входное сопротивление каскада по схеме с общим затвором равно выходному сопротивлению истокового повторителя и определяется только крутизной: чем выше крутизна, тем меньше входное сопротивление.

Данная схема, обладая весьма большим входным сопротивлением, во многом похожа на схему с общей базой, и, также как схема с общей базой, она имеет самую малую внутреннюю обратную связь. Коэффициент усиления по напряжению для схемы с общим затвором находится по формуле

С учётом сделанных ранее допущений >>1 и rн<

(Ком),

то есть усиление по напряжению примерно такое же, как в схеме с общим истоком, но низкое входное сопротивление ограничивает применение схемы с общим затвором по сравнению со схемой с общим истоком.

В схеме с общим стоком (рис 6 в) входным электродом является затвор, а выходным – исток. По своим усилительным свойствам эта схема аналогична эмиттерному повторителю, только со значительно большим (в тысячи раз) входным сопротивлением. Выходное сопротивление схемы с общим истоком небольшое и определяется формулой

Подобно эмиттерному повторителю схема с общим стоком не даёт усиления по напряжению, поэтому часто называется истоковым повторителем. В общим случае коэффициент передачи истокового повторителя может быть найден по формуле

Если учесть, что обычно > 1, получается

Кроме того, допуская Srн > 1, получается, что

то есть коэффициент передачи по напряжению истокового повторителя весьма близок к единице.

В схеме с разделённой нагрузкой (рис. 6 г) входное сопротивление и крутизна характеристики определяются как для схемы с общим истоком. Например, выражение реальной крутизны схемы имеет вид

откуда следует, что при выполнении условия rн.и >> rи крутизна характеристики практически не зависит от параметров транзистора, а определяется сопротивлением нагрузки в цепи истока

ма/в.

Коэффициент усиления по напряжению определяется по формуле

которая при выполнении неравенства rн.и > rи принимает вид

Следовательно, усиление напряжения каскада с разделённой нагрузкой на полевом транзисторе определяется в основном отношением сопротивлений нагрузки в цепях стока и истока. В частности, при равенстве этих сопротивлений коэффициенты усиления цепей истока и стока равны единице (примерно).

Я приведу несколько примеров пользования упрощёнными формулами для случаев, когда известно, что полевой транзистор имеет параметры: S = 1ма/в; rн = 300 Ом; rс = 500 Ком; rз = 200 Мом. Первые три параметра можно определить по результатам снятия выходной вольтамперной характеристики конкретного образца транзистора. Последний параметр измерить в оценивается приближённо. В большенстве случаев исправные полевые транзисторы имеют сопротивление затвора ещё больше.

Пример 1. Транзистор используется в каскаде усиления по схеме с общим истоком. Сопротивление нагрузки rн = 10 ком. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению.

Для этого случая выполняется условие rc>rн, а поэтому можно считать, что коэффициент усиления по напряжению равен

При этом входное сопротивление каскада будет определяться сопротивлением элементов смещения в цепи затвора, так как собственное сопротивление затвора очень велико. Обычно в реальных условиях входное сопротивление исчисляется сотнями килом или несколькими мегомами.

Пример 2. Транзистор используется в схеме с общим затвором. Сопротивление нагрузки rн = 10 Ком. Определить коэффициент усиления каскада по напряжению и его входное сопротивление.

Коэффициент усиления, так же как и в первом примере, определяется по формуле Кu = Srн и равен Кu = 10. Входное сопротивление, с учётом того, что транзистор включён по схеме с общим затвором, равно

rвх Ком.

Пример 3. Транзистор используется в каскаде по схеме с общим стоком. Сопротивление нагрузки rн = 10 Ком. Найти коэффициент усиления по напряжению и выходное сопротивление.

Усиление по напряжению в общем случае определяется по формуле

После подстановки в неё исходных данных получается

Ком.

Теперь с учётом того, что Srн = 10, надо воспользоваться приближённом выражением Кu = 1 и сравнить оба результата.

Выходное сопротивление каскада находится по формуле

rвых =

после подстановки исходных данных получается

rвых = Ком.

Но поскольку выполняется условие Srн > 1, то можно воспользоваться приближённой формулой rвых в результате чего получается rвых = 1 Ком. Сравнение между собой обоих результатов показывает их хорошее совпадение.

Пример 4. транзистор работает в каскаде по схеме с разделённой нагрузкой, причём сопротивление нагрузки в цепи стока rн.с = 10 Ком, в цепи истока rн.и = 5 Ком. Найти усиление по напряжению цепей стока и истока.

Поскольку выполняется условие rн.и > rн, то усиление цепи истока примерно равно единице: Кu1. По этой же причине усиление в цепи стока равно отношению сопротивлений в цепях стока и истока, то есть Кu.c = 10 : 5 = 2.

Как видно из приведённых примеров, приближённые формулы вполне применимы в любительских расчётах каскадов как на биполярных, так и на полевых транзисторах, с учётом тех условий, при которых они справедливы, а также на низких частотах, где ещё не сказывается влияние частоты на параметры каскада. Относительно большие значения входной, выходной и проходной ёмкостей эквивалентной схемы замещения полевого транзистора по сравнению с очень большими активными сопротивлениями тех же цепей приводят к тому, что частотные свойства полевых транзисторов оказываются несколько хуже частотных свойств биполярных транзисторов.

Заключение

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, предназначенный для использования в устройствах, осуществляющих генерацию и усиление электрических колебаний. Основой любого транзистора является кристаллическая пластинка полупроводника, в котором используются те или иные свойства полупроводникового материала и электронно – дырочных переходов, в результате чего представляется возможным с помощью слабых управляющих токов или напряжений получать более мощные электрические колебания требуемого вида.

Подобно тому, как существует большое множество разновидностей диодов, известно большое число видов и разновидностей транзисторов.

Транзисторы различаются по числу основных видов носителей заряда, используемых при работе прибора. Транзисторы, в которых используются оба вида носителей, дырки и электроны, называются биполярными. В зависимости от геометрической структуры размещения зон с различной проводимостью они могут быть прямой (p – n – p) или обратной проводимости (n – p – n). Транзисторы, у которых используется только один основной носитель заряда, например, только дырки или только электроны, называются полярными

Самыми известными и доступными являются биполярные транзисторы прямой (p – n – p) и обратной (n – p – n) проводимости. Менее известны и доступны полевые транзисторы с каналом p и n типа.

Список литературы

1. Агаханян Т. М. Основы транзисторной электроники. – М.: Энергия, 1974.

2. Бергельсон И. Г., Минц В. И. Транзисторы биполярные. – М.: Сов. Радио, 1976.

3. Васильев В. А. Радиолюбителю о транзисторах. – М.: Досааф,1973.

4. Диоды и транзисторы/ Под редакцией Чернышёва. – М.: Энергия, 1976.

5. Петухов В. М., Таптыгин В. И., Хрулев А. К. Транзисторы полевые. – М.: Сов. Радио, 1978.

6. Пляц О. М. Справочник по электровакуумным, полупроводниковым приборам и интегральным схемам. – Минск: Вышэйшая школа, 1979.

7. Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам/ Под редакцией Н. И. Горюнова. – М.: Энергия, 1979.

8. Терещук Р. М., Терещук И. М., Седов С. А. Полупроводниковые приёмно усилительные устройство. Справочник радиолюбителю. Издание второе, стереотипное. – Киев: Наукова думка, 1982.

9. Транзисторы/ Под редакцией А. А. Чернышёва. – М.: Энергия, 1979

Филиал Санкт-Петербургского государственного инженерно-экономического университета в городе Пскове

Курсовая работа по ТОПТу на тему:

Транзисторы

Выполнил:

студент группы 3350

1 курса

факультета экономики и

управления на предприятии

городского хозяйства

Иванов Сергей Васильевич

Научный руководитель:

Марков Виктор Николаевич

Псков

2004

Содержание

Введение…………………………………………………………….2

Электронно – дырочный p – n переход …………………...……3-4

Биполярные транзисторы…………………………………….…..5-6

Усилительные свойства биполярных транзисторов………....…7-11

Частотные свойства транзисторов……………………….. ….…12-15

Шумовые характеристики транзисторов …………………..…….16

Полевые транзисторы. Общие сведения………….………………17

Принцип действия и устройство полевого транзистора с p – n

переходом…………………………………………………………18-21

Эквивалентная схема замещения полевого транзистора………22-27

Заключение…………………………………………………………28

Список литературы………………………………………………...29