Полупроводниковые приборы
Они используются для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.
Типы ППП:
С p-n переходом (диоды, транзисторы, тиристоры)
Без p-n перехода (p-n резисторы, варисторы, терморезисторы, фоторезисторы и др.)
Условные обозначения полупроводниковых приборов (ГОСТ 10862-72):
2Т908А
ППП -- электронные приборы, действие которых основано на электронных процессах в полупроводниках (в твёрдом теле). Основой конструкций многих ППП является p-n-переход.
 |
На границе раздела областей с электронной и дырочной проводимостью возникает потенциальный барьер, препятствующий движению основных носителей (электронов из n-области и дырок из р-области), и, как следствие, появляются: запирающий слой, обеднённый подвижными носителями электрических зарядов, и контактная разность потенциалов jк,, обусловленная объёмными зарядами ионов примесных веществ.
1. Устройство и принцип действия полупроводникового диода.
Полупроводниковый диод - прибор, обладающий способностью хорошо пропускать через себя электрический ток одного направления и плохо - противоположного направления. Основой конструкции такого диода является р-n переход, проводимость которого зависит от полярности внешнего источника.
|
1. Выпрямительный 5. Обращённый
2. Стабилитрон 6. Варикап
 |
3. Двухсторонний стабилитрон 7. Фотодиод
 |
4. Туннельный диод 8. Светодиод
3 Устройство и принцип действия транзисторов, их схемы включения.
Биполярным транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя р-n переходами, в котором ток между р-n переходами обусловлен движением не основных носителей.
Типы транзисторов.
 |
Их условные обозначения:
 |
Принцип работы транзистора рассмотрим на примере схемы с общей базой. Источники питания Еэ, Ек и сопротивление нагрузки к р-n переходам транзистора подключим как показано на рис. 9-6
| |||
|
Полупроводниковые диоды применяются для выпрямления переменного тока, для детектирования слабых радиосигналов, например, в радиоприёмниках, для выделения и
Если эмиттерный переход П1 напряжением UЭБ смещается в прямом направлении, а коллекторный переход напряжением UКБ - в обратном, то такое включение транзистора называют нормальным.
Источником UЭБ создаются условия для инжектирования дырок из эмиттера в базу и перемещения электронов из базы в эмиттер (Iэр и Iэn) встречный ток электронов Iэn << Iэр т.к. концентрация примесей в области n делается меньше. Часть дырок рекомбинирует в базе с электронами поступающими в базу от Еэ. Поток этих электронов образует базовый ток IБ. Так как толщина базы WБ - единицы микрон, то большая часть дырок диффузионным путём достигает коллекторного р-n перехода и захватывает его полем, рекомбинируя с электронами поступающими от ЕК, при этом в коллекторе протекает ток IК, замыкая общую цепь. Перенос тока из эмитторной цепи в коллекторную характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера.
Схемы включения транзисторов.
 | |||
|
Характеристики и параметры транзисторов. Рис. 7.7. Входные и выходные характеристики биполярного транзистора.
 |
2. Полевые транзисторы.
Полевые транзисторы, в отличие от биполярных, основаны на другом методе управления процессами в полупроводниковых приборах - с помощью электрического поля. Обладая усилительными свойствами, полевые транзисторы являются униполярными полупроводниковыми приборами, так как протекания в них тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака в продольном электрическом поле через управляемый канал р- или n- типа. Управление тока через канал осуществляется поперечным электрическим полем (а не током, как в биполярных транзисторах), откуда и название "полевые транзисторы". Таким образом, принцип работы полевого транзистора в самых общих чертах основан на том, что изменение напряженности поперечного электрического поля изменяет проводимость канала, по которому протекает ток выходной цепи.
В устройствах промышленной электроники применяют две разновидности полевых транзисторов: с затвором в виде р-n-перехода и с изолированным затвором. Вторая разновидность представляет собой структуры металл - диэлектрик - полупроводник (МДП-транзисторы) или металл - окисел - полупроводник (МОП-транзисторы). МДП (МОП)- транзисторы, в свою очередь, делятся на два вида: транзисторы с собственным и с индуцированным каналом.
В зависимости от характера проводимости канала полевые транзисторы подразделяются на транзисторы р-типа и n-типа. Канал полевого транзистора р-типа обладает дырочной проводимостью, а n-типа - электронной.
 |
Условные графические изображения полевых транзисторов.
с каналом n-типа
- с каналом р-типа
- с изолированным затвором обогащённого типа с n-каналом
- с изолированным затвором обеднённого типа с n-канал
- с изолированным затвором обогащённого типа с р-каналом
- с изолированным затвором обогащённого типа с n-каналом
Рассмотрим принцип работы полевого транзистора плоской конструкции с каналом n-типа, схема включения которого с общим источником показана на рис. 7-9.
 |
Рис. 7-9
Прибор состоит из пластины кремния проводимости n-типа, представляющий собой канал полевого транзистора, к концам которого присоединены два металлических контакта, называемых истоком и стоком. Последовательно к этим электродам подключается напряжение источника питания Ес.и и сопротивление нагрузки R н. Напряжение источника питания прикладывается такой полярности, чтобы поток основных носителей заряда (в канале n-типа - электроны) протекал от истока к стоку. В противоположные грани пластины введены акцепторные примеси, превращающие поверхностные слои в области полупроводника р-типа. Соединённые электрически вместе эти слои образуют единый электрод, называемый затвором. При этом между каналом и затвором образуются два р-n-перехода.
Проводимость канала определяется его сечением. Изменяя напряжение на затворе Uз.и, смещающие переходы в обратном направлении, можно изменять сечение канала за счёт расширения или сужения обеднённых слоёв переходов, а следовательно, величину протекающего через него тока. Концентрация примеси в полупроводниковых слоях р-типа (затворе) намного больше, чем в полупроводнике n-типа (канале), поэтому расширение обеднённых слоёв происходит, в основном за счёт канала.
На рис. 7-10 изображены входная (стокозатворная) и семейство выходных (стоковых) характеристик.
 |
3. Полевые транзисторы с изолированным затвором.
Отличительной особенностью полевых транзисторов с изолированным затвором по сравнению с транзисторами с управляющим р-n-переходом является наличие между металлическим затвором и областью полупроводника слоя диэлектрика (МДП-транзисторы). Поскольку в качестве диэлектрика обычно используется двуокись кремния SiO2, то транзисторы структуры металл - окисел - полупроводник называют МОП-транзисторами. Структура изготовляется на полупроводниковой подложке с проводимостью n- или р- типа. Имеются две разновидности МОП-транзисторов: со встроенным и с индуцированным каналом.
 | |||||
| |||||
 |
Индуцированный канал Встроенный канал
Рис. 7-11
Основными параметрами полевых транзисторов являются крутизна характеристики управления S и внутреннее сопротивление rВ, которые определяются по вольтамперным характеристикам.
Из рассмотренного следует, что МОП-транзистор со встроенным каналом по своим свойствам и характеристикам подобен полевому транзистору с управляющим р-n-переходом и отличается только тем, что для его запирания требуется отрицательное смещение в случае канала с проводимостью n-типа и положительное смещение - в случае проводимости р-типа.
У МОП-транзистора с индуцированным каналом (рис. 7-11г) при отсутствии смещения на затворе канал отсутствует и ток стока IC практически равен нулю. При некотором положительном (для транзисторов с n-подложкой - отрицательном) относительно истока напряжения на затворе, называемом пороговым Uпор., в поверхностном слое между истоком и стоком из-за наличия диэлектрика SiO2 происходит явление инверсии. В результате образуется тонкий канал инверсионного слоя, удельная проводимость для основных носителей заряда и толщина которого увеличивается с ростом напряжения на затворе. Если при этом к стоку приложить напряжение той же полярности, что и на затворе, то ток стока IC c увеличением напряжения UЗ.И возрастает. Напряжение Uпор. Можно трактовать как напряжение отсечки UЗ.О полевого транзистора с управляющим р-n-переходом (рис.7-10). По внешнему виду выходные вольтамперные характеристики МОП-транзистора аналогичны одноимённым характеристикам полевого транзистора с управляющим р-n-переходом.
ТЕМА №10 Електроннi пiдсилювачи. Призначення, принципова будова. Рiзнi типи електронних пiсилювачив, схеми та характеристики.
|
|
|
--электронные; --гидравлические;
--электромеханические; --пневмотические;
--электромашинные; --и др.
--магнитные.
 |
2. Усилительные элементы. Принцип усиления.
Процесс усиления основан на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Е в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счёт изменения сопротивления управляющего элемента УЭ по закону, задаваемому входным сигналом.
Основными элементами усилительного каскада являются: управляющий элемент, функцию которого может выполнять электронная лампа, транзистор; сопротивление R; источник питания.
3. Качественные показатели усилителей.
А. Коэффициент усиления - основной параметр, определяющий отношение напряжения или тока (мощности) на выходе усилителя к напряжению или току (мощности) на его выходе, т. е. Увеличение выходного сигнала по сравнению с входным. В соответствии с назначением усилителя различают коэффициенты усиления по напряжению, току и мощности:
КU = Uвых /Uвх ; КI = Iвых / Iвх ; КР = Рвых / Рвх.
Б. Амплитудно-частотная характеристика усилителя - это зависимость коэффициента усиления в зависимости от частоты.
 |
В. Фазо-частотная характеристика - это зависимость угла сдвига фаз между входным и выходным напряжением от частоты.
 |
Г. Амплитудная характеристика усилителя - зависимость амплитуды выходного напряжения усилителя, снятая при постоянной частоте сигнала.
Д. Искажения вносимые усилителем.
Три вида искажений:
· Нелинейные искажения, вызваны появлением на выходе новых гармоник
· Частотные искажения, вызваны относительным изменением амплитуды отдельных гармоник
, К0 - усиление на средней частоте.
· Фазовые искажения - изменение формы выходного напряжения вызванные неоднородным сдвигом во времени отдельных гармоник.
Усилители с обратными связями.
Обратной связью называют такую связь между цепями усилителя, при которой часть энергии усиленных колебаний из его выходной цепи попадает во входную.
В реальных условиях различают три вида ОС:
· 
внутреннюю ими управлять невозможно,
· паразитную их стараются уменьшать.
· внешнюю (определяется наличием спец. цепей)
Внешняя ООС легко управляема и её специально вводят в схему усилителя для улучшения его качеств: стабильности К, расширения полосы пропускания, уменьшения искажений, увеличение входного и уменьшение выходного сопротивления.
 |
Однопетлевая ОС Многопетлевая ОС
По способу передачи энергии через ОС на вход усилителя различают последовательную и параллельную обратную связь.
 |
последовательное параллельное
Если напряжение ОС пропорционально выходному напряжению, то имеет место ОС по напряжению, а если пропорционально току в нагрузке - ОС по току
 |
ОС по напряжению ОС по току
Чаще всего используют последовательную ОС по напряжению
Uвых = K (Uвх + bUвых)
разделим обе части уравнения на Uвх
тогда
Если Uос совпадает по фазе со входным сигналом Uвх то такая обратная связь называется положительной (b-коэффициент обратной связи положительный) Кос>К. При такой ОС усилитель самовозбуждается и она в усилителях практически не используется.
Если Uос противоположна по фазе со входным сигналом Uвх, то такая ОС называется отрицательной (b - отрицательный), Кос< К. ООС широко используется в усилителе НЧ для улучшения его основных параметров.
Тема 10. Занятие 2.
Исследование усилителя НЧ, определение его основных характеристик.
Принципиальная схема усилитьеля показана на рис.10.2. Он собран на биполярном транзисторе типа р-n-р ГТ403Б. Резистор R3 - сопротивление нагрузки. R1.R2 - базовый делитель (сопротивление R1 - переменное, им устанавливается рабочая точка усилителя по постоянному току). Конденсаторы Ср1 и Ср2 - разделительные. Ко входу усилителя подключен генератор звуковой частоты ЗГ-36, а к выходу усилителя подключен осциллограф С1-112.
1.Установка режима работы транзистора
Для получения максимального усиления необходимо вывести рабочую точку на середину нагрузочной характеристики каскада. Для этого необходимо подключить вольтметр к коллектору транзистора и, вращая ось переменного резистора R1, установить на коллекторе напряжение равное половине напряжения источника питания, т.е. -6 вольт.
2. Определение коэффициента усиления каскада.
Подать на вход усилителя с генератора НЧ сигнал частотой 1000 Гц и напряжением 20 мВ.
Измерить гнапряжение сигнала на выходе усилителя. Рассчитать коэффициент усиления.
К=Uвых/Uвх
3. Снятие амплитудно частотной харктеристики усилителя (АЧХ).
Подать на вход усилителя с генератора НЧ сигнал с амплитудой 20 мВ и частотой от 20 до 50000 Гц (частоты указаны в таблице №1). Для каждого из указанных значений частоты рассчитать коэффициент усиления и заполнить таблицу №1. По данным таблицы построить график АЧХ.
Таблица №1
| f (Гц) | |||||||||
| К | |||||||||
 Кнормир
| 0,6 | 0,85 | 0,9 | 0,95 | 0,75 | 0,6 | 0,55 |
|
4.Снятие амплитудной характеристики. Определение динамического диапазона.
Установить частоту сигнала 1000 Гц. Увеличивая амплитуду сигнала от 0 до 50 мВ через каждые 5 мВ, определять амплитуду выходного сигнала и записывать данные в таблицу №2 Построить график Uвых=F(Uвх). Определить динамический диапазон усилителя
D=20log*Uвх ma[/Uвх min