Электроника в вопросах и ответах - Страница 23

На семействе характеристик I_к = f(U_кб) обозначим через Р₁ и Р₂ точки, соответствующие этим значениям, а затем проведем через них прямую, называемую нагрузочной прямой.

В рассматриваемом примере нагрузочная прямая одинакова для переменного и постоянного тока, поскольку в представленной на рис. 4.10, а схеме сопротивление нагрузки (резистивное) не зависит от частоты. Точка Р₀, лежащая на этой прямой и соответствующая значениям I_к и U_кб в схеме при отсутствии сигнала на входе, называется рабочей точкой в состоянии покоя Р₀. При заданных значениях R_к и Е_к рабочая точка зависит от значений R_э и Е_э, определяющих напряжение смещения перехода эмиттер — база, а следовательно, и ток I_э. В режиме линейного усиления рабочую точку выбирают таким образом, чтобы она лежала вблизи середины нагрузочной прямой, проходящей через точки Р₁ и Р₂.

На семействе характеристик I_к = f(U_кб) можно нанести управляющее колебание. Если изменения мгновенного значения тока эмиттера, вызванные этим колебанием, будут находиться, в пределах от i_{э мах} до i_{э min}, то, двигаясь вдоль этой прямой, можем определить диапазон изменений тока и напряжения между коллектором и базой.

Когда сопротивление нагрузки для переменного тока имеет другое значение, чем для постоянного, на семействе характеристик строим две нагрузочные прямые: одну для постоянной составляющей, другую для переменной. Обе прямые всегда пересекаются в рабочей точке.

Рис. 4.15. Нагрузочная характеристика в семействе статических выходных характеристик схемы ОБ

Схема усилителя, работающего по схеме ОЭ, представлена на рис. 4.12, а, а примерные выходные характеристики I_к = f(U_кэ) для I_б = const на рис. 4.16, а. При построении рабочей характеристики принято Е_к = 12 В, R_к = 2 кОм, а также использовано уравнение

I_кR_к + U_кэ = Е_к

Затем построена нагрузочная прямая. Рабочая точка покоя Р₀ выбрана для I_б = 80 мкА. Для точек Р₁ и Р₂ в этом случае имеем:

I_б(Р₁) = 120 мкА; I_к(Р₁) = 5 мА;

I_б(Р₂) = 40 мкА; I_к(Р₂) = 1,3 мА.

Используя нагрузочную прямую, можно вычислить некоторые параметры рассматриваемой схемы. Например, коэффициент усиления по току

Можно также рассчитать значение коэффициента передачи по напряжению. Для этого следует воспользоваться входной статической характеристикой I_б = φ(U_бэ) для U_кэ = const (рис. 4, 16, б, с учетом того, что для U_кэ выбираем значение, соответствующее рабочей точке Р₀ на характеристике I_к = f(U_кэ) (рис. 4.16, а). Затем выбираем такое значение E_б или для заданного Е_б такое сопротивление R_б, чтобы нагрузочная прямая пересекла эту характеристику в точке, соответствующей току базы для рабочей точки Р₀ (рис. 4.16, а). Вдоль оси напряжения U_бэ определим U_бэ управляющего напряжения для токов базы от I_б(Р₁) до I_б(Р₂). Из рис. 4.16, а получим U_кб = 30 мВ, а из рис. 4.16, U_кб = ΔI_кR_к = 6 В, т. е. коэффициент усиления по напряжению для этого примера равен

K_UЭ = U_кб/U_бэ = 6 В/30 мВ = 200.

Рис. 4.16. Нагрузочная характеристика в семействе выходных (а) характеристик схемы ОЭ и определение управляющего напряжения в схеме ОЭ (б)

Это транзистор, управляемый электрическим полем, в котором действует лишь одни вид тока, а именно созданный только основными носителями: электронами или дырками[13]. В биполярном транзисторе, как известно, действуют оба вида носителей — основные и неосновные, т. е. электроны и дырки. Полевые транзисторы называются также транзисторами на полевом эффекте, что следует из принципа их работы. Встречается также название — транзисторы FET, являющееся сокращением английского названия Field Effect Transistor. Полевые транзисторы делятся на две группы: транзисторы с р-n переходом и транзисторы с изолированным затвором — МДП или МОП транзисторы.

Структура полевого транзистора упрощенно представлена на рис. 4.17.

Рис. 4.17. Структура полевого МОП транзистора:

_{1 — металлический контакт истока; 2 — металлический контакт стока; 3 — подложка с собственной проводимостью или р-типа; 4 — изолирующий слой окисла; 5 — канал с зарядом электронов}

На подложке из собственного или слабо легированного акцепторами полупроводника (p-типа) расположены полученные путем диффузии две области с высокой концентрацией электронов (n-типа), называемые истоком и стоком и соединенные с металлическими контактами. В центральной части над подложкой находится изолирующий слой окисла, а над ним — металлический слой треть его электрода, называемого затвором. В полупроводнике между истоком и стоком под затвором во время работы транзистора возникает канал, проводящий ток.

Действие подобного полупроводникового прибора заключается в следующем. При отсутствии напряжения на затворе подводимое между стоком и истоком напряжение создает пренебрежимо малое значение протекающего тока благодаря большому сопротивлению канала. При подведении к затвору положительного относительно истока и большего, чем напряжение сток-исток, напряжения в диэлектрике подложки возникает электрическое поле, вытягивающее электроны из участков металлизации истока и стока и направляющее их в канал в сторону стока. Электроны свободно движутся вдоль канала от истока к стоку, образуя ток стока, зависящий от напряженности электрического поля. Это и есть полевой эффект.

Рассматриваемый транзистор типа МОП имеет несколько эквивалентных названий, связанных со структурой и принципом работы, которые встречаются в литературе и каталогах: полевой транзистор, работающий на принципе обогащения носителей в канале, или транзистор с индуцированным или встроенным каналом, или транзистор типа «нормально выключенный».

Название «нормально выключенный» следует из того факта, что ток стока равен нулю при разомкнутом затворе (U_зи = 0) и возрастает при положительных напряжениях на затворе.