Материал: Физические основы и схемотехника электронных устройств автоматики. Гиоргадзе А.L., Кириллов Ю.В

электронов из р-области и дырок из n-области.

Но если под действием входного напряжения возник значительный ток эмиттера, то в область базы со стороны эмиттера инжектируются электроны, которые для данной области являются неосновными носителями. Не успевая рекомбинировать с дырками при диффузии через базу, они доходят до коллекторного перехода. Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллекторному переходу и тем меньше становится его сопротивление. Соответственно увеличивается ток коллектора. Иначе говоря, с увеличением тока эмиттера в базе возрастает концентрация неосновных носителей, инжектированных из эмиттера, а чем больше этих носителей, тем больше ток коллекторного перехода, т.е. ток коллектора iк.

По рекомендуемой технологии эмиттером следует называть область транзистора, назначением которой является инжекция носителей заряда в базу. Коллектором называют область, назначением которой является экстракция носителей заряда из базы. А базой является область, в которую инжектируется эмиттером неосновные для этой области носители заряда.

Следует отметить, что эмиттер и коллектор можно поменять местами (так называемый инверсный режим). Но в транзисторах, как правило, коллекторный переход делается со значительно большей площадью, нежели эмиттерный, так как мощность, рассеиваемая в коллекторном переходе, гораздо больше, чем рассеиваемая в эмиттерном. Поэтому если использовать эмиттер в качестве коллектора, то транзистор будет работать, но его можно применять при значительно меньшей мощности, что нецелесообразно. Если площади переходов сделаны одинаковыми (транзисторы в этом случае называют симметричными), то любая из крайних областей может с одинаковым успехом работать в качестве эмиттера или коллектора.

Поскольку в транзисторе ток эмиттера всегда равен сумме токов коллектора и базы, то приращение тока эмиттера также всегда равно сумме приращений коллекторного и базового тока:

∆iэ=∆iк+∆iб.

Важное свойство транзистора – приблизительно линейная зависимость между его токами, т.е. все три тока транзистора изменяются почти пропорционально друг другу.

Подобные же процессы происходят в транзисторе типа p-n- p, но в нем меняются ролями электроны и дырки, а также изменя-

103

ются полярности напряжений и направления токов.

Работу транзистора можно наглядно представить с помощью потенциальной диаграммы, которая приведена на рис. 1.31 для транзистора n-p-n.

Рис. 1.31

Эту диаграмму удобно использовать для создания механической модели транзистора. Потенциал эмиттера принят за нулевой. В эмиттерном переходе имеется небольшой потенциальный барьер. Чем больше напряжение Uб-э, тем ниже этот барьер. Коллекторный переход имеет значительную разность потенциалов, ускоряющую электроны. В механической модели шарики, аналогичные электронам, за счет своих собственных энергий поднимаются на барьер, аналогичный эмиттерному переходу, проходят через область базы, а затем ускоренно скатываются с горки, аналогичной коллекторному переходу.

В настоящее время биполярные транзисторы все чаще и чаще вытесняются полевыми, иначе называемыми канальными или униполярными. Главное достоинство полевых транзисторов – высокое входное сопротивление. Физические процессы в полевом транзисторе рассмотрим на примере полевого транзистора с управляющим

n – p-переходом (рис. 1.32).

104

возможно более эффективно управляло выходным током, материал основного полупроводника, в котором создан канал, должен быть высокоомным, т.е. с невысокой концентрацией примесей. Тогда запирающий слой в нем большей толщины. Кроме того начальная толщина самого канала (при Uз-и=0) должна быть достаточно малой. Обычно она не превышает нескольких микрометров. Запирающее напряжение Uз-и. зап при этих условиях составляет единицы вольт.

Поскольку вдоль канала потенциал повышается по мере приближения к стоку, то ближе к стоку обратное напряжение n – p-перехода увеличивается, и толщина запирающего слоя получается больше.

106

ГЛАВА 2. СХЕМОТЕХНИКА АНАЛОГОВЫХ УСТРОЙСТВ И ПРОИСХОДЯЩИЕ В НИХ ПРОЦЕССЫ

2.1. Электрические сигналы

Управление, в широком смысле этого слова, осуществляется с помощью сигналов, которые являются средством передачи информации. Существуют звуковые, световые, электрические сигналы, переносимые либо веществом, либо энергией. Сигналы, передаваемые в электрической форме, обладают множеством достоинств: не требуется движущихся механических устройств, медленных и подверженных поломкам; скорость передачи электрических сигналов приближается к максимально возможной скорости света; электрические сигналы легко обрабатывать, сравнивать и преобразовывать с помощью устройств электронной техники, отличающихся чрезвычайно высоким быстродействием. Сигналы электрической природы можно передавать на различные расстояния с помощью электрического тока, текущего по цепям (проводам), а также с помощью электромагнитных волн, передаваемых через свободное пространство и не требующих для распространения какой-либо среды. Информация, которую переносят при этом сигналы, может являться сообщением о событиях, о режимах технологических процессов, представлять команды на включение или выключение ка- кой-либо аппаратуры.

Выделяют два вида сигналов: аналоговые и дискретные. Сигналы на выходе микрофона, передающей телекамеры,

различного рода датчиков, аналогичны по своему «рисунку» воздействию на эти устройства, соответственно звукового давления, распределения освещенности, температуре. Поэтому подобные сигналы называют аналоговыми. Обычно аналоговые сигналы являются непрерывными в определенном временном промежутке. Устройства, в которых действуют подобные сигналы, называют аналоговыми. К ним можно отнести RC-цепи, выпрямители, усилители, интеграторы и другие устройства.

Дискретными называют сигналы, которые в простейшей своей форме могут принимать только два прерывистых во времени и вполне определенных значения. Обычно дискретные сигналы действуют в устройствах импульсной, цифровой, вычислительной техники, например, в счетчиках, регистрах ЭВМ и т. п.

107