1. Электронно-дырочный переход в неравновесном состоянии.

Внешнее электрическое поле изменяет высоту потенциального барьера и нарушает равновесие потоков носителей тока через него. Неравновесное состояние достигается приложением напряжения к p-n-переходу. Различают прямое и обратное включение.

1. Прямое включение.

Если напряжение U_пр источника питания приложено таким образом, что плюс подсоединен к p-области кристалла, а минус — к n-области, то такое включение называют прямым.

Напряжение будет почти полностью падать на p-n-переходе, сопротивление которого гораздо выше сопротивлений областей n и p. В p-n-переходе появится дополнительное внешнее электрическое поле, уменьшающее его внутреннее поле. Потенциальный барьер уменьшится и станет равным φ=φ_кон –U_пр, при этом U_пр<φ_кон. Также уменьшатся ширина p-n-перехода и его сопротивление. В цепи потечет электрический ток.

Снижение потенциального барьера облегчает диффузионные процессы для основных носителей, т.е. растет диффузионный ток. Возникает инжекция – процесс перехода носителя из зоны, где он был основным в зону, где он является неосновным, т.е. переход основного носителя в обедненную им область.

Концентрация носителей:

P_n=Pno∙exp(U_пр/φ_т). Изменение концентрации носителей происходит из-за притока зарядов из внешней среды.

Ширина p-n-перехода: δ=

Ток при прямом смещении: I=I_o∙exp[(U_пр/φ_т)-1], φ_т=k∙T/q≈25мВ, I_o – тепловой ток.

2. Обратное включение.

Если напряжение U_пр источника питания приложено таким образом, что плюс подсоединен к n-области кристалла, а минус — к p-области, то такое включение называют прямым.

О бщий потенциальный барьер повышается, т.к. полярность приложенного напряжения совпадает с направлением контактной разности потенциалов.

Повышение потенциального барьера приводит к тому, диффузия основных носителей через p-n-переход становится пренебрежимо малой, а дрейф неосновных носителей через переход не изменяется. Также при обратном включении увеличивается ширина p-n-перехода.

Ток обусловлен движением неосновных носителей, которые, попав в поле p-n-перехода, будут им захватываться и переноситься через p-n-переход. Этот процесс называется экстракцией, т.е. это переход неосновных носителей в обедненную ими область.

Ток при обратном смещении: I=I_o∙exp[(-U_обр/φ_т)-1], φ_т=k∙T/q≈25мВ, I_o – тепловой ток.

Вольт-амперная характеристика:

2. Усилительный каскад по схеме об. Параметры и характеристики усилительного каскада.

Рис. 4. Исходная схема исследуемого усилительного каскада ОБ

Каскад с общей базой (ОБ) получил такое название из-за того, что база транзистора является общей для входной и выходной цепей для переменной составляющей (для сигнала). Например, у каскада, схема которого приведена на рис. 4, база через малое сопротивление конденсатора С₂ соединена по переменной составляющей с общей точкой (с корпусом) и, таким образом, является общей для входной и выходной цепей. Емкость конденсатора С₂ специально подбирается такой, чтобы ее сопротивление в рабочем диапазоне частот было приблизительно равно нулю (X_C3»0).

«Назначение элементов каскада. Резисторы R₁ и R₂ задают потенциал базы в режиме покоя каскада (в отсутствие сигнала) и, следовательно, участвуют в задании положения точки покоя на линии нагрузки.

Резистор R₃ задает, совместно с источником питания, положение линии нагрузки, служит для выделения выходного сигнала и, одновременно, определяет коэффициент усиления каскада.

Резистор R₄ в цепи эмиттера предназначен для термостабилизации режима работы каскада. При повышении температуры транзистора увеличивается ток покоя коллектора за счет возрастания числа неосновных носителей заряда в полупроводнике. Это вызывает смещение точки покоя на линии нагрузки, что может вызвать нарушение нормальной работы усилительного каскада. Термостабилизация происходит следующим образом. Например, при увеличении температуры увеличивается ток покоя коллектора I_К0. Это ведет к увеличению напряжения на резисторе R₄ (U_R4=R₄I_К0). Поскольку сопротивления R₁ и R₂ практически не зависят от температуры, постоянное напряжение между базой и корпусом U_{Б КОРП} при изменении температуры не изменится. Тогда, согласно уравнению, записанному по 2-му закону Кирхгофа для контура R₂, U_БЭ, R₄, напряжение база-эмиттер U_БЭ уменьшится

,

что приведет к уменьшению тока покоя коллектора. Уменьшение тока покоя коллектора за счет действия резистора R₄ не может полностью скомпенсировать его рост за счет повышения температуры, но влияние температуры на ток I_К0 при этом во много раз снижается.

Кроме обеспечения термостабилизации, резистор R₄ участвует совместно с базовым делителем, состоящим из сопротивлений R₁ и R₂, в создании начального смещения U_БЭ между базой и эмиттером

,где I_Э0 – ток покоя эмиттера.

Применение резистора R₄ для термостабилизации ведет к уменьшению коэффициента усиления каскада из-за возникающей при этом отрицательной обратной связи. Конденсатор С₁ разделяет по постоянному току источник сигнала и усилительный каскад.

Конденсатор С₃ разделяет по постоянному току усилительный каскад и нагрузку.

Транзистор обеспечивает усиление сигнала.

Источник питания Е_П обеспечивает энергию усиления сигнала.»

Основными характеристиками усилительного каскада являются амплитудная характеристика (АХ), амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазочастотная характеристика (ФЧХ).

Основными параметрами усилительного каскада являются входное и выходное сопротивления, динамический диапазон D (определяется по АХ), полоса пропускания сигнала Df (определяется по АЧХ), нижняя f_Н и верхняя f_В граничные частоты полосы пропускания.

Основные свойства каскада ОБ

1. Каскад не инвертирует фазу входного сигнала.

2. Каскад усиливает напряжение и мощность, а ток не усиливает.

3. Коэффициент усиления по току на средних частотах всегда немного меньше единицы. Практически можно считать К_I»1.

4. Каскад охвачен 100%-ой параллельно-последовательной (параллельной по току) отрицательной обратной связью.

5. Каскад имеет малое входное сопротивление R_ВХ (обычно единицы, десятки Ом) из-за 100%-ой параллельно-последовательной (параллельной по току) отрицательной обратной связи (см. пункт 4).

6. Каскад имеет большое выходное сопротивление R_ВЫХ (единицы кОм) из-за 100%-ой параллельно-последовательной (параллельной по току) отрицательной обратной связи (см. пункт 4).

7. При прочих равных условиях каскад ОБ имеет более широкую полосу пропускания, чем каскад ОЭ или каскад ОК.

Основные формулы каскада ОБ

Входное сопротивление:

,

где – эквивалентное сопротивление нагрузки.

Выходное сопротивление:

,

где – эквивалентное сопротивление источника сигнала.

Коэффициент усиления для области средних частот:

.

БИЛЕТ № 3

1. ВАХ реального p-n перехода.

2. Усилительный каскад по схеме ОК. Параметры и характеристики усилительного каскада.

3. Файл A_UAIN2.CIR.