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:

1. Туннельный пробой (А-Б),
2. Лавинный пробой (Б-В),
3. 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 U_Kpвероятность 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 U_np и обратном напряжении U_о6p. 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

Для вычисления сопротивления диода постоянному току при прямом напряжении U_np по ВАХ находим величину тока в точке М.

U_np = 0,3 В; I_np = 0,8мA;

Для вычисления сопротивления диода постоянному току при обратном напряжении U_о6p по ВАХ находим величину тока в точке N.

U_обр = 15 В; I_обp = 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

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 R_к и напряжения источника питания Е_к;

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 I_бо и определить графически статические параметры транзистора h₂₁ и h₂₂

На нагрузочной прямой выбираем рабочую точку О в этой точке величина тока базы равна I_б=0,4 мА

Статический коэффициент передачи тока базы транзистора h_21Э = I_К / I_Б при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (U_КЭ = const) определяют по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_21Э необходимо задать приращение тока базы I_Б и определить соответствующее приращение тока коллектора I_К

Рассмотрим две точки на семействе выходных характеристик С и D, расположенных симметрично относительно рабочей точки О

В точке С :I_б1 = 0,2 мА, I_к1 = 5 мА ;

В точке D :I_б2 = 0,6 мА, I_к2 = 23,5 мА ;

Н_21Э = _{ôUкэ = const}= ;

Н_21Э - коэффициент передачи тока.

Выходную проводимость h_22Э = I_К / U_КЭ в режиме холостого хода на входе транзистора (I_Б = const) определяют также как и параметр h_21Э по выходным характеристикам транзистора. Для нахождения параметра h_22Э необходимо задать приращение напряжения коллектор-эмиттер U_КЭ и определить соответствующее приращение тока коллектора I_К Условию I_Б = const будут отвечать точки, лежащие на выходной характеристике, проходящей через рабочую точку транзистора. Поскольку выходные характеристики линейны в широком диапазоне напряжений, то приращение U_КЭ 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

I_б = 0,4 мА;

В точке Е :I_к1 = 13,6 мА, U_КЭ1 = 5 В, I_б1 = 0,2 мА;

В точке F :I_к2 = 14,0 мА, U_КЭ2 = 10 В, I_б2 = 0,2 мА;

Н_22Э = DI_к/DU_{кôIб = const} = (I_к2-I_к1)/(U_КЭ2-U_КЭ1) = =8,0×10^-5 См;

Н_22Э - выходная проводимость, измеряемая при холостом ходе на входе транзистора.

в) определить мощность, рассеиваемую на коллекторе в режиме покоя Р_ко, и сравнить ее с допустимой Р_кдоп;

Определим мощность, рассеиваемую на коллекторе в режиме покоя Р_ко

Р_ко = I_к0 U_к0= 13,87 = 96,6 мВт

Допустимая мощность равна Р_кдоп=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 I_бm. Определить амплитуды тока I_кm и напряжения U_кm в коллек­торной цепи;

Амплитуды тока I_кm и напряжения U_кm в коллек­торной цепи при заданной амплитуде тока базы I_бm=0,4 мА равны

I_кm =21-6 = 15 мА

U_кm =12-2 = 10 В

д) в заданном семействе входных характеристик обозна­чить рабочую точку покоя при токе базы I_бо и определить графически статический параметр транзистора h₁₁;

Входное сопротивление h_11Э = U_БЭ / I_Б при коротком замыкании по переменному току на выходе транзистора (U_КЭ = const) определяют по входным характеристикам транзистора. Для этого зададим приращение напряжения база-эмиттер U_БЭ симметрично относительно рабочей точки и определим соответствующее приращение тока базы I_Б (рис. 2).

Рассмотрим две точки на семействе входных характеристик K и L

(Рисунок 2)

Рисунок 2- Входные характеристики транзистора

В точке KI_б1 = 45 мкА, U_бэ1 = 0,4 В ;

В точке LI_б2 = 100 мкА, U_бэ1 = 0,5 В;

DU_бэ = U_бэ2 - U_бэ1 = 0,5- 0,4 = 0,1 В;

DI_б = I_б2 - I_б1 = 0,6–0,2 = 0,4 мА;

Н_11Э = DU_бэ/DI_{бôUкэ = const} = 0,1/(4×10^-4) = 250 Ом;

Н_11Э - входное сопротивление, измеренное при коротком замыкании транзистора.

е) изобразить график изменения входного напряжения при заданной амплитуде тока базы I_{бm .} Определить амплиту­ду входного напряжения U_бm;

Определим амплиту­ду входного напряжения U_эбm=0,1В

ж) рассчитать коэффициенты усиления транзистора по току К_т, напряжению К_н и мощности К_м, а также полезную мощность Р_вых ,выделяющуюся на нагрузке;

К_н = U_кЭO/U_бЭO=7/0,45=15,6

К_т=H_21Э= 46,25

К_м =К_тК_н=719

полезную мощность Р_вых ,выделяющуюся на нагрузке, равна

Р_вых= Р_коК_м=0,0966719= 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