О компании   Автохимия  Бытовая химия  Мойка вагонов, разработки для жд  Бесконтактная мойка  Средства для Ультразвука  Дезинфицирующие средства  Вся продукция
 

Что такое электроника? Принципы работы радиоустройств, радиокомпоненты, принципиальные схемы, электрические колебания и связь, цифровое ТВ, интегральные схемы и многое другое...

Дата обновления

05.06.2016

Посвящение в радиоэлектронику, массовая радио-библиотека

Наши дополнительные сервисы и сайты:

 

e-mail:	office@matrixplus.ru tender@matrixplus.ru
icq:	613603564
skype:	matrixplus2012
телефон	+79173107414 +79173107418

г. Саратов

 поддержка проекта:
разместите на своей странице нашу кнопку! И мы разместим на нашей странице Вашу кнопку или ссылку. Заявку прислать на e-mail

Статистика

Триод из полупроводника?

Инженерам, воспитанным на электровакуумной технике, эта мысль казалась нелепой еще в 50-х годах. Ведь триод это радиолампа, содержащая катод, анод и управляющую сетку. Потенциал сетки управляет анодным током, и благодаря этому эффекту получают усиление сигналов. Вот как это делается: входное напряжение сигнала прикладывают между сеткой и катодом. Для того чтобы случайные электроны, осевшие на сетке, отправлялись обратно к катоду, включают резистор утечки сетки Rg. В анодную цепь последовательно с источником питания включают резистор нагрузки Ra. Под действием входного напряжения изменяется анодный ток. Каждую лампу характеризуют рядом параметров, в том числе и крутизной характеристики S = Aia/Aug-величиной, показывающей, на сколько изменится анодный ток при изменении потенциала сетки на 1 В. Принцип "чем больше, тем лучше" оправдывается и здесь. Обычно стремятся получить максимальную крутизну характеристики в рабочей точке, т. е. при заданных напряжениях на электродах. Анодный ток, проходя через резистор нагрузки, создает на нем некоторое падение напряжения. Его постоянная составляющая обычно не используется, а вот изменения, вызванные изменениями анодного тока, служат полезным выходным сигналом. Выразите изменения анодного тока через изменения сеточного напряжения  Хотя мы получили упрощенную формулу, она дает верное представление о значении коэффициента усиления.

Усилитель на электровакуумной лампе (триоде)

Структура транзистора п-р-п типа

Включение транзистора по схеме с общей базой

Ну вот, мы посмотрели, как действует усилитель электрических сигналов на электровакуумной лампе. Его коэффициент усиления может достигать нескольких десятков, а иногда и сотен раз.

Как же сделать триод из полупроводника? Эту задачу решили в 1948 1949 годах американские ученые Д. Бардин, В. Браттайн и У. Шокли, за что они были удостоены Нобелевской премии в области физики.

Давайте посмотрим, как им удалось сделать транзистор. Объединим два диода, как показано на рисунке. Область р в середине структуры называется базой, одна из "-областей эмиттером, а другая -коллектором. Из самих названий ясно, что эмиттер должен что-то излучать, или испускать, а коллектор это "что-то" собирать. Но что можно испускать в полупроводнике? Разумеется, носители заряда электроны или дырки. Следовательно, на эмиттерный переход надо подать отпирающий потенциал, тогда через этот переход " пойдет ток и возникнет движение зарядов. Вот схема включения полупроводникового триода, или транзистора. Транзистор здесь уже изображен так, как его обычно указывают на принципиальных схемах электронных устройств. База (Б) обозначена черточкой, эмиттер (Э) стрелкой, а коллектор (К)-просто наклонной линией, подходящей к базе. Стрелка эмиттера показывает направление тока через эмиттерный переход. Этот ток создается батареей G1. А чтобы он не достигал очень больших значений, ведь сопротивление открытого р-п перехода весьма мало, включен ограничивающий ток резистор R.

Включение по схеме с общим эмиттером

Итак, из эмиттера в толщу полупроводника (хотя какая там толща толщина базы современных транзисторов измеряется микрометрами!) направляется поток электронов. Все было бы хорошо, если бы электроны, собравшиеся было осесть на базе, не попадали в сильное электрическое поле коллектора, который находится очень близко от эмиттера. На коллектор от батареи G2 подано сравнительно большое напряжение (несколько вольт или даже десятков вольт). Оно приложено в направлении, обратном для коллекторного р-п перехода, поэтому собственного тока через коллекторный переход практически нет. Но есть эмиттерный ток, и электроны, попадая в поле коллектора, направляются к нему и создают ток в коллекторной цепи. У современных транзисторов коллектор "перехватывает" более 99% всех электронов, излучаемых эмиттером. Следовательно, "коэффициент перехвата", равный отношению коллекторного тока к эмиттерному, й216 = 0,99 или даже больше. Он называется коэффициентом передачи тока в схеме с общей базой или коэффициентом передачи тока эмиттера. Действительно, в данной схеме включения базовый электрод является общим и для эмиттерной, и для коллекторной цепей. В саму же базу попадает всего 1 - Л216, т.е. менее 1% тока эмиттера. Но вот что важно: и коллекторный, и базовый токи прямо пропорциональны току эмиттера, и если последний прекратится, то прекратится и коллекторный ток. Значит, эмиттерный ток управляет коллекторным! Но где же усиление? В этой схеме усиления по току действительно нет. Тем не менее можно получить усиление по напряжению и по мощности, если в цепь коллектора включить не измерительный прибор (миллиамперметр), как показано на рисунке, а резистор нагрузки с достаточно большим сопротивлением. Тогда изменения коллекторного тока вызовут изменения падения напряжения на нагрузке тем большие, чем больше ее сопротивление.

Но существует и другая, наиболее распространенная схема включения транзистора с общим эмиттером. Здесь отпирающее напряжение подается на базу. Переход база эмиттер, как и прежде, отпирается, и эмиттер испускает носители заряда -электроны. Если обозначить ток эмиттера Iэ, то ток базы составит (1 - А216)/э, а ток коллектора А216/э.

Электромеханическое и транзисторное реле

Найдем отношение тока коллектора к току базы: (Его значение около 100. Оно называется коэффициентом передачи тока в схеме с общим эмиттером h21э или коэффициентом передачи тока базы. Ток коллектора непосредственно зависит от тока базы: чем больше /б, тем больше и Тут опять происходит управление большим током коллектора с помощью малого тока базы. Если в цепь базы включить источник сигнала, то такой же сигнал, но уже значительно усиленный, выделится и на резисторе нагрузки RB в коллекторной цепи. Именно так и устроены простейшие транзисторные усилители сигналов. Никаких накаленных катодов, никаких баллонов, откачанных до глубокого вакуума транзистор представляет собой крошечный элемент с тремя проволочками-выводами. И напряжения питания требуются небольшие всего несколько вольт. По массе, габаритным размерам и потребляемой мощности транзистор не идет ни в какое сравнение со своей предшественницей электронной лампой.

Транзисторы, собственно, открыли возможность микроминиатюризации аппаратуры. С одной стороны, микроминиатюризация, а с другой ... Допустим, вы столкнулись с конкретной технической задачей: надо сделать выключатель для очень мощного потребителя тока, скажем лампы прожектора, электродвигателя дрели или станка. Потребляемый ток несколько ампер. У вас нет выключателя с такими контактами. Что делать? Долгое время подобные задачи решались традиционным способом использовали электромеханическое реле. Маломощный выключатель замыкает цепь обмотки реле. Обмотка потребляет сравнительно небольшой ток, поэтому и выключатель можно взять маломощный, и провода, ведущие к нему, могут быть длинными и тонкими. Когда ток идет через обмотку, сердечник намагничивается и притягивает якорь, а тот, в свою очередь, замыкает контакты. Все переменилось с разработкой мощных транзисторов. Когда цепь базы разомкнута, ток базы равен нулю, следовательно, отсутствует и ток коллектора. Лампа прожектора HI не горит. Замыкая контакты выключателя S1, мы включаем ток базы, и через лампу идет коллекторный ток, заставляя ее гореть. Ток базы может быть в сто раз меньше тока коллектора, и наш маломощный выключатель оказывается вполне пригодным. У транзисторного реле нет обгорающих контактов, нет трудоемкой в изготовлении обмотки, да и вообще нет движущихся элементов.

Если электромеханическое реле может выдержать несколько тысяч или десятков тысяч включений, то срок службы транзисторного реле практически ничем не ограничен. Теперь подобные транзисторные реле используют в автомобилях. Для подобных же целей разработаны и еще более совершенные полупроводниковые выключатели-тиристоры. Тиристор может находиться только в одном из двух состояний; либо "включено", либо "выключено". В первом случае он оказывает минимальное сопротивление проходящему через него току, а во втором - практически полностью размыкает цепь. Для переключения тиристора во включенное состояние достаточно небольшого и весьма маломощного импульса напряжения, подаваемого на управляющий электрод.

Специалисты долгое время относились с недоверием к полупроводниковым силовым устройствам, опасаясь их малой надежности. Сейчас эти опасения остались в прошлом. Не зря одна из фирм США в рекламном проспекте изображала полупроводниковый блок питания с лежащим поверх него ломиком-гвоздодером! По надежности, мощности и долговечности эти два "устройства" вполне сопоставимы.

После более чем десятилетнего безраздельного господства в электронике только что описанных транзисторов (названных биполярными) у них появился конкурент. Он, собственно, и дал обыкновенному транзистору новое название - "биполярный транзистор", которое подчеркивает этим наличие у обычного транзистора "двух полюсов" - контактов с различными типами проводимости. Новый транзистор, изобретенный У. Шокли, назван униполярным или полевым. "Полевым?"-спросит читатель. Бывают полевые цветы, полевые работы, полевая артиллерия, наконец! А что такое полевой транзистор? Свое название полевой транзистор получил от электрического поля, принимающего самое непосредственное участие в его работе.

Полевой транзистор

Устройство полевого транзистора несложно. На поверхности чистого полупроводника с помощью примеси формируют токопроводящий канал р- или n-типа. От концов канала сделаны выводы, называемые истоком (аналог эмиттера) и стоком (аналог коллектора). В середине сечение канала сужается, и в этом месте сделан еще один вывод-затвор. Проводимость затвора противоположна проводимости канала. Более того, на затвор подают запирающее напряжение смещения, и ток через затвор отсутствует. Получился

Поле затвора сужает канал и запирает транзистор

полевой транзистор с р-n переходом. В других конструкциях затвор вообще изолирован от канала тонким (доли микрометра) слоем диэлектрика. Это -полевой транзистор с изолированным затвором. Как же работает полевой транзистор? Когда на сток подано напряжение питания, через канал проходит некоторый ток обусловленный движением носителей-электронов (в канале л-типа) или дырок (в канале n типа). Запирающее поле затвора сужает канал, увеличивая его сопротивление. Чем больше запирающее напряжение на затворе, тем меньше становится эффективное сечение канала, сквозь которое движутся носители тока. Общий ток стока при этом, естественно, уменьшается. При напряжении на затворе, равном напряжению отсечки t/OTC, ток стока прекращается совсем. Описанные процессы очень похожи на явления, происходящие в электровакуумной лампе-триоде, с той лишь разницей, что происходят они не в вакууме, а в толще полупроводника.

На рисунке показана схема включения полевого транзистора. Рядом приведена характеристика зависимости тока стока от напряжения на затворе. Если напряжение на затворе изменяется в соответствии с усиливаемым сигналом, то по такому же закону изменяется и ток стока. На резисторе нагрузки /?н выделяется усиленное напряжение сигнала.

Схема включения и стоко-затворная характеристика полевого транзистора

Важным достоинством полевого транзистора является его исключительно высокое входное сопротивление - ведь цепь затвора никакого тока практически не потребляет (еще одно сходство его с электронной лампой). Правда, коэффициент усиления по напряжению полевого транзистора, как правило, несколько меньше, чем у биполярного. В последние годы разработаны полевые транзисторы для самых различных устройств - и для сверхчувствительных ультракоротковолновых приемников, и для мощных усилителей звуковой частоты. Используют полевые транзисторы и в цифровых интегральных микросхемах, отличающихся особой экономичностью.

Занимательная электроника, читать далее.

Советы по содержанию и уходу за водным транспортом

На главную страницу

О компании   Автохимия  Бытовая химия  Мойка вагонов, разработки для железнодорожного транспорта и метрополитена  Бесконтактная мойка  Средства для Ультразвука и ультразвуковых ванн   Дезинфицирующие средства  Вся продукция
 

Размещение статей  Каталог автомобильной тематики Химия для мойки водного транспорта  Полезные советы по содержанию и тюнингу водного транспорта  Как научиться водить катер и получить права