З) начертить схему подключения транзистора к источникам питания.
Задача 7
Укажите виды пробоя электронно-дырочного перехода. Поясните явление теплового пробоя электронно-дырочного перехода.
Пробоем называют резкое изменение режима работы p-n-перехода, находящегося под большим обратным напряжением. ВАХ для больших значений обратных напряжений показана на рис. 1.
Рисунок 1.
Началу пробоя соответствует точка А. После этой точки дифференциальное сопротивление перехода стремится к нулю.
Различают три вида пробоя p-n-перехода:
- Туннельный пробой (А-Б),
- Лавинный пробой (Б-В),
- Тепловой пробой (за т.В).
Туннельныйпробой возникает при малой ширине p-n-перехода (например, при низкоомной базе), когда при большом обратном напряжении электроны проникают за барьер без преодоления самого барьера. В результате туннельного пробоя ток через переход резко возрастает и обратная ветвь ВАХ идет перпендикулярно оси напряжений вниз.
Лавинныйпробой возникает в том случае, если при движении до очередного соударения с нейтральным атомом кристалла электрон или дырка приобретают энергию, достаточную для ионизации этого атома, при этом рождаются новые пары электрон-дырка, происходит лавинообразное размножение носителей зарядов; здесь основную роль играют неосновные носители, они приобретают большую скорость. Лавинный пробой имеет место в переходах с большими удельными сопротивлениями базы («высокоомная база»), т.е. в p-n-переходе с широким переходом.
Тепловойпробой характеризуется сильным увеличением тока в области p-n-перехода в результате недостаточного теплоотвода.
Если туннельный и лавинный пробои, называемые электрическими, обратимы, то после теплового пробоя свойства перехода меняются вплоть до разрушения перехода.
Электрический пробой вызывается совместным действием двух факторов: ударной ионизацией атомов и туннельным эффектом. Ударная ионизация возникает, когда под действием обратного напряжения электроны проводимости приобретают на расстоянии, равном длине свободного пробега, энергию, достаточную для отрыва других электронов при столкновении с атомами кристалла. При этом происходит лавинообразное увеличение количества носителей заряда и ток возрастает.
Туннельный эффект выражается в том, что электрон с энергетического уровня области р проникает сквозь потенциальный барьер без потери энергии на такой же энергетический уровень области n. При увеличении напряжения до UKpвероятность таких переходов возрастает, что и приводит к увеличению обратного тока.
Задача №19
Пользуясь вольтамперной характеристикой полупроводникового диода (рис. 1), определить сопротивление диода постоянному току при прямом напряжении Unp и обратном напряжении Uо6p. Пояснить влияние температуры на величины прямого и обратного сопротивлений диода. Перечислить основные типы полупроводниковых диодов, указав их особенности и область применения.
Числовые значения исходных данных приведены в табл. 2.
Таблица 2
Исходные данные | |||||||||||
Unp. В | 0,3 | ||||||||||
Uобр,В |
Для вычисления сопротивления диода постоянному току при прямом напряжении Unp по ВАХ находим величину тока в точке М.
Unp = 0,3 В; Inp = 0,8мA;
Для вычисления сопротивления диода постоянному току при обратном напряжении Uо6p по ВАХ находим величину тока в точке N.
Uобр = 15 В; Iобp = 50 мA;
На электропроводимость полупроводников значительно влияет температура. Если температура повышается, то возрастает генерация пар носителей заряда и при этом электропроводимость возрастает. В этой связи прямой и обратный токи увеличиваются. Например для германиевых диодов при увеличении температуры на каждые 10° С обратный ток может возрасти в два раза, а для кремниевых диодов в 2,5 раза. Прямой ток при нагреве диода возрастает незначительно, так как такой ток получается за счет примесной проводимости. Также с повышением температуры незначительно возрастает барьерная электроемкость диода.
Типы диодов по назначению
- Выпрямительные диоды предназначены для преобразования переменного тока в постоянный.
- Импульсные диоды имеют малую длительность переходных процессов, предназначены для применения в импульсных режимах работы.
- Детекторные диоды предназначены для детектирования сигнала
- Смесительные диоды предназначены для преобразования высокочастотных сигналов в сигнал промежуточной частоты.
- Переключательные диоды предназначены для применения в устройствах управления уровнем сверхвысокочастотной мощности.
- Параметрические
- Ограничительные диоды предназначены для защиты радио и бытовой аппаратуры от повышения сетевого напряжения.
- Умножительные
- Настроечные
- Генераторные
Типы диодов по частотному диапазону
- Низкочастотные
- Высокочастотные
- СВЧ
Типы диодов по размеру перехода
- Плоскостные
- Точечные
Типы диодов по конструкции
- Диоды Шоттки
- СВЧ-диоды
- Стабилитроны
- Стабисторы
- Варикапы
- Светодиоды
- Фотодиоды
- Pin диод
- Лавинный диод
- Лавинно-пролётный диод
- Диод Ганна
- Туннельные диоды
- Обращённые диоды
Задача №24
Численные значения исходных данных приведены в табл. 3.
Таблица 3
Номера задач | Тип транзистора | Номер рисунка | Исходные данные | ||||
Е к, В | R н, кОм | I бо, мА | I бm, мА | Ркдоп мВт | |||
КТ312А | 0,64 | 0,4 | 0,4 |
Заданы семейства входных и выходных статических характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером (рис. 2, 3 в зависимости от варианта). Необходимо:
а) в заданном семействе выходных характеристик построить нагрузочную прямую для сопротивления нагрузки Rк и напряжения источника питания Ек;
Определим ток коллектора.
По двум точкамВ(0;25) и А(16;0) построим нагрузочную прямую
Рисунок 1 - Выходные характеристики транзистора
б) нанагрузочной прямой обозначить рабочую точку покоя при токе базы Iбо и определить графически статические параметры транзистора h21 и h22
На нагрузочной прямой выбираем рабочую точку О в этой точке величина тока базы равна Iб=0,4 мА
Статический коэффициент передачи тока базы транзистора h21Э = ΔIК / ΔIБ при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (UКЭ = const) определяют по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h21Э необходимо задать приращение тока базы ΔIБ и определить соответствующее приращение тока коллектора ΔIК
Рассмотрим две точки на семействе выходных характеристик С и D, расположенных симметрично относительно рабочей точки О
В точке С :Iб1 = 0,2 мА, Iк1 = 5 мА ;
В точке D :Iб2 = 0,6 мА, Iк2 = 23,5 мА ;
Н21Э = ôUкэ = const= ;
Н21Э - коэффициент передачи тока.
Выходную проводимость h22Э = ΔIК / ΔUКЭ в режиме холостого хода на входе транзистора (IБ = const) определяют также как и параметр h21Э по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h22Э необходимо задать приращение напряжения коллектор-эмиттер ΔUКЭ и определить соответствующее приращение тока коллектора ΔIК Условию IБ = const будут отвечать точки, лежащие на выходной характеристике, проходящей через рабочую точку транзистора. Поскольку выходные характеристики линейны в широком диапазоне напряжений, то приращение ΔUКЭ может быть достаточно большим, при этом его симметричность относительно рабочей точки не имеет значения.
Рассмотрим две точки Е и F на семействе выходных характеристик на кривой
Iб = 0,4 мА;
В точке Е :Iк1 = 13,6 мА, UКЭ1 = 5 В, Iб1 = 0,2 мА;
В точке F :Iк2 = 14,0 мА, UКЭ2 = 10 В, Iб2 = 0,2 мА;
Н22Э = DIк/DUкôIб = const = (Iк2-Iк1)/(UКЭ2-UКЭ1) = =8,0×10-5 См;
Н22Э - выходная проводимость, измеряемая при холостом ходе на входе транзистора.
в) определить мощность, рассеиваемую на коллекторе в режиме покоя Рко, и сравнить ее с допустимой Ркдоп;
Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе в режиме покоя Рко
Рко = Iк0 ∙ Uк0= 13,8∙7 = 96,6 мВт
Допустимая мощность равна Ркдоп=225 мВт, следовательно, в рабочей точке не будет происходить разогрев транзистора
г) изобразить графики изменения тока и напряжения в коллекторной цепи при заданной амплитуде тока базы Iбm. Определить амплитуды тока Iкm и напряжения Uкm в коллекторной цепи;
Амплитуды тока Iкm и напряжения Uкm в коллекторной цепи при заданной амплитуде тока базы Iбm=0,4 мА равны
Iкm =21-6 = 15 мА
Uкm =12-2 = 10 В
д) в заданном семействе входных характеристик обозначить рабочую точку покоя при токе базы Iбо и определить графически статический параметр транзистора h11;
Входное сопротивление h11Э = ΔUБЭ / ΔIБ при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (UКЭ = const) определяют по входным характеристикам транзистора. Для этого зададим приращение напряжения база-эмиттер ΔUБЭ симметрично относительно рабочей точки и определим соответствующее приращение тока базы ΔIБ (рис. 2).
Рассмотрим две точки на семействе входных характеристик K и L
(Рисунок 2)
Рисунок 2- Входные характеристики транзистора
В точке KIб1 = 45 мкА, Uбэ1 = 0,4 В ;
В точке LIб2 = 100 мкА, Uбэ1 = 0,5 В;
DUбэ = Uбэ2 - Uбэ1 = 0,5- 0,4 = 0,1 В;
DIб = Iб2 - Iб1 = 0,6–0,2 = 0,4 мА;
Н11Э = DUбэ/DIбôUкэ = const = 0,1/(4×10-4) = 250 Ом;
Н11Э - входное сопротивление, измеренное при коротком замыкании транзистора.
е) изобразить график изменения входного напряжения при заданной амплитуде тока базы Iбm . Определить амплитуду входного напряжения Uбm;
Определим амплитуду входного напряжения Uэбm=0,1В
ж) рассчитать коэффициенты усиления транзистора по току Кт, напряжению Кн и мощности Км, а также полезную мощность Рвых ,выделяющуюся на нагрузке;
Кн = UкЭO/UбЭO=7/0,45=15,6
Кт=H21Э= 46,25
Км =Кт∙Кн=719
полезную мощность Рвых ,выделяющуюся на нагрузке, равна
Рвых= Рко∙Км=0,0966∙719= 69,5 Вт
з) начертить схему подключения транзистора к источникам питания.
относительно входного сигнала.
Рис. 4. Включение транзистора p-n-p по схеме с ОЭ.
Рис. 5. Включение n-p-n транзистора по схеме с ОЭ
Задача 52