Коэффициент — усиление — транзистор

Коэффициент — усиление — транзистор

Cтраница 4

При этом показание миллиамперметра, умноженное на 100, соответствует примерному значению коэффициента усиления транзистора.  [46]

Полученные выражения позволяют объяснить зависимость коэффициента передачи а от тока эмиттера и коэффициента усиления транзистора в схеме с общим эмиттером В от тока коллектора, которая представлена на рис. 4.10. Следует отметить, что качественно зависимости ftf ( Ia) и Bf ( IK) близки, но количественно зависимость Bf ( IK) имеет более резко выраженный максимум. Это связано с тем, что в выражении (4.5), устанавливающем взаимосвязь между В и а, в знаменателе находится 1 -ос.  [48]

Входной управляющий сигнал с ростом частоты возрастает, что — приводит к уменьшению коэффициента усиления транзистора.

 [50]

На рис. 6, выполненном по данным [9], представлен график изменения суммы коэффициентов усиления транзисторов, составляющих р-п-р-п модель, от величины тока. Таким образом, анализ выражений ( 4), ( 5) и графика рис. 6 показывает, что при протекании через включенный тиристор тока, близкого по величине току выключения / выкл, напряжение на коллекторном переходе много меньше, чем напряжение на эмиттерных переходах. При увеличении тока коллекторное напряжение стремится достичь значения напряжения на эмиттерах ( по абсолютной величине), которое в этом случае можно грубо определять как напряжение на всем приборе.  [51]

Как видно из уравнения (V.3), амплитуда тока коллектора в автогенераторах зависит от коэффициента усиления транзисторов по току. Для лучшего использования транзисторов и обеспечения одинаковых режимов работы их в преобразователях напряжения с самовозбуждением рекомендуется использовать транзисторы с минимально возможным разбросом по Вст.  [52]

В связи с этим в такой схеме для обеспечения большого коэффициента разветвления по выходу коэффициент усиления транзистора должен быть сравнительно высоким. Кроме того, в простейшем элементе ДТЛ-типа используются два ( иногда три) источника питания, что также представляет известные неудобства.  [54]

С помощью выражения ( 4 — 17) можно определить напряжение, при котором коэффициент усиления транзистора по току в схеме с общей базой aN равен единице. При этом напряжении коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером бесконечно велик, а коллекторный ток неограниченно возрастает.  [55]

Для повышения устойчивости частоты гетеродина при изменении напряжения питания, а также при изменении коэффициента усиления транзистора по току при его замене в базовую цепь транзистора преобразователя частоты VT1 включен селеновый диод VD1 7ГЕ2А — С.  [56]

Усилитель собран по балансной диффернедиальнол схеме, которая позволяет снизить дрейф, вызываеьмй изменениями коэффициента усиления транзисторов и начального коллекторного тока. В таком усилителе дрейф по напряжению, отнесенный ко входу усилителя, определяется разностью между изменениями параметров двух транзисторов.  [57]

Крутизна нарастания напряжения на коллекторе, как следует из выражения (4.39), зависит от коэффициента усиления транзистора Вн и увеличивается с его возрастанием.  [58]

Простейший вариант схемы ДТЛ обладает рядом недостатков: в схеме используется несколько источников питания; коэффициент усиления транзистора должен быть высоким, поскольку большая часть тока в открытой схеме протекает через резистор 3 и не попадает в базу транзистора; в закрытом состоянии схема имеет большое выходное сопротивление.  [59]

Страницы:      1    2    3    4

Всё о работе транзистора в ключевом режиме

Транзистор — радиоэлектронный компонент из полупроводникового материала, обычно с тремя выводами, способный от небольшого входного сигнала управлять значительным током в выходной цепи, что позволяет использовать его для усиления, генерирования, коммутации и преобразования электрических сигналов.

Для упрощения рассказа можно представить транзистор в виде переменного резистора. Вывод базы это есть как раз та самая ручка, которую можно покрутить. При этом изменяется сопротивление участка коллектор – эмиттер. Крутить базу, конечно, не надо, может оторваться. А вот подать на нее некоторое напряжение относительно эмиттера, конечно, можно.

Если напряжение не подавать вовсе, а просто взять и замкнуть выводы базы и эмиттера пусть даже и не накоротко, а через резистор в несколько КОм. Получается, что напряжение база – эмиттер (Uбэ) равно нулю. Следовательно, нет и тока базы. Транзистор закрыт, коллекторный ток пренебрежительно мал, как раз тот самый начальный ток. Примерно такой же, как у диода в обратном направлении! В этом случае говорят, что транзистор находится в состоянии ОТСЕЧКИ, что на обычном языке значит, закрыт или заперт.

Противоположное состояние называется НАСЫЩЕНИЕ. Это когда транзистор открыт полностью, так, что дальше открываться уже некуда. При такой степени открытия сопротивление участка коллектор эмиттер настолько мало, что включать транзистор без нагрузки в коллекторной цепи просто нельзя, сгорит моментально. При этом остаточное напряжение на коллекторе может составить всего 0,3…0,5В.

Чтобы довести транзистор до такого состояния, надо обеспечить достаточно большой ток базы, подав на нее относительно эмиттера большое напряжение Uбэ,- порядка 0,6…0,7В. Да, для перехода база-эмиттер такое напряжение без ограничительного резистора очень велико. Ведь входная характеристика транзистора, показанная на рисунке 1, очень похожа на прямую ветвь характеристики диода.

Рисунок 1. Входная характеристика транзистора

Эти два состояния – насыщение и отсечка, используются в том случае, когда транзистор работает в ключевом режиме наподобие обычного контакта реле. Основной смысл такого режима в том, что малый ток базы управляет большим током коллектора, который в несколько десятков раз больше тока базы. Большой ток коллектора получается за счет внешнего источника энергии, но все равно усиление по току, что называется, налицо. Простой пример: маленькая микросхема включает большую лампочку!

Чтобы определить величину такого усиления транзистора в ключевом режиме используется «коэффициент усиления по току в режиме большого сигнала». В справочниках от обозначается греческой буквой β «бетта». Практически для всех современных транзисторов при работе в ключевом режиме этот коэффициент никак не меньше 10…20 Определяется β  как соотношение максимально возможного тока коллектора к минимально возможному току базы. Величина безразмерная, просто «во сколько раз».

β ≥ Iк/Iб

Даже если ток базы будет больше, чем требуется, беды особой нет: транзистор все равно не сможет открыться больше. На то он и режим насыщения. Кроме обычных транзисторов для работы в ключевом режиме используются «дарлингтоновские» или составные транзисторы. Их «супер — бетта» может достигать 1000 и более раз.

Как рассчитать режим работы ключевого каскада

Чтобы не быть совсем голословным, попробуем рассчитать режим работы ключевого каскада, схема которого показана на рисунке 2.

Рисунок 2.

Задача такого каскада очень простая: включить и выключить лампочку. Конечно, нагрузка может быть любой, — обмотка реле, электромотор, просто резистор, да мало ли что. Лампочка взята просто для наглядности эксперимента, для его упрощения. Наша задача чуть посложнее. Требуется рассчитать величину резистора Rб в цепи базы, чтобы лампочка горела в полный накал.

Такие лампочки применяются для подсветки приборной доски в отечественных авто, поэтому найти ее несложно. Транзистор КТ815 с током коллектора 1,5А для такого опыта вполне подойдет.

Самое интересное во всей этой истории, что напряжения в расчетах участия не принимают, лишь бы соблюдалось условие β ≥ Iк/Iб. Поэтому лампочка может быть на рабочее напряжение 200В, а базовая цепь управляться от микросхем с напряжением питания 5В. Если транзистор рассчитан на работу с таким напряжением на коллекторе, то лампочка будет мигать без проблем.

Но в нашем примере микросхем никаких не предвидится, базовая цепь управляется просто контактом, на который просто подается напряжение 5В. Лампочка на напряжение 12В, ток потребления 100мА. Предполагается, что наш транзистор имеет β ровно 10. Падение напряжения на переходе база – эмиттер Uбэ = 0,6В. См. входную характеристику на рисунке 1.

При таких данных ток в базе должен быть Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА).

Напряжение на базовом резисторе Rб составит (за вычетом напряжения на переходе база — эмиттер) 5В – Uбэ = 5В – 0,6В = 4,4В.

Вспоминаем закон Ома: R = U / I = 4,4В / 0,01А = 440Ом. Согласно системе СИ подставляем напряжение в вольтах, ток в амперах, результат получаем в Омах. Из стандартного ряда выбираем резистор сопротивлением 430Ом. На этом расчет можно считать законченным.

Но, кто внимательно посмотрит на схему, может спросить: «А почему ничего не было сказано о резисторе между базой и эмиттером Rбэ? Про него просто забыли, или он не так и нужен?»

Назначение этого резистора — надежно закрыть транзистор в тот момент, когда кнопка разомкнута. Дело в том, что если база будет «висеть в воздухе», воздействие всяческих помех на нее просто гарантировано, особенно, если провод до кнопки достаточно длинный. Чем не антенна? Почти, как у детекторного приемника.

Чтобы надежно закрыть транзистор, ввести его в режим отсечки необходимо, чтобы потенциалы эмиттера и базы были равны. Проще всего было бы в нашей «учебной схеме» использовать переключающий контакт. Надо включить лампочку перекинули контакт на +5В, а когда потребовалось выключить — просто замкнули вход всего каскада на «землю».

Но не всегда и не везде можно позволить такую роскошь, как лишний контакт. Поэтому проще выровнять потенциалы базы и эмиттера при помощи резистора Rбэ. Номинал этого резистора рассчитывать не надо. Обычно его принимают равным десяти Rб. Согласно практическим данным его величина должна быть 5…10КОм.

Рассмотренная схема является разновидностью схемы с общим эмиттером. Тут можно отметить две особенности. Во-первых, это использование в качестве управляющего напряжения 5В. Именно такое напряжение используется, когда ключевой каскад подключается к цифровым микросхемам или, что теперь более вероятно, к микроконтроллерам.

Во-вторых, сигнал на коллекторе инвертирован по отношению к сигналу на базе. Если на базе присутствует напряжение, контакт замкнут на +5В, то на коллекторе оно падает практически до нуля. Ну, не до нуля, конечно, а до напряжения указанного в справочнике. При этом лампочка визуально не инвертируется,- сигнал на базе есть, есть и свет.

Ранее ЭлектроВести писали, что дожди могут стать новым источником возобновляемой и предельно дешевой энергии: ученые из Гонконга придумали новый тип электрогенератора с высоким КПД и удельной мощностью в тысячу раз большей, чем у существовавших до сих пор других подобных устройств. Их изобретение позволяет получать из падения одной капли воды с высоты 15 см напряжение свыше 140 вольт, а энергии этого падения хватит для питания 100 небольших светодиодных ламп.

По материалам: electrik.info.

Электронные полупроводниковые приборы, страница 27

Рис. 3.21 Зависимости относительных значений коэффициентов усиления по току от частоты при включении транзисторов по схемам с общим эмиттером и с общей базой

Здесь  — коэффициент усиления по току на нулевой частоте.

Предельной частотой усиления по току (или ) называется частота, при которой коэффициент усиления по току (или ) уменьшается в  раз (на 3 дБ) по отношению к своему значению на низких частотах. На рис. 3.21 показано определение предельной частоты для транзистора, включенного по схеме с О. Б. () и с О. Э. ().

2. Максимальная частота генерации. При построении автогенераторов (устройств, способных самовозбуждаться и создавать периодические колебания при отсутствии внешнего входного сигнала) необходимо, чтобы коэффициент усиления по мощности транзистора был больше единицы. Когда коэффициент усиления по мощности будет меньше единицы  (при К_р < 1), транзистор вырождается в пассивный четырехполюсник. При частоте выше предельной частоты усиления по току в определенном интервале частот транзистор обладает коэффициентом усиления по мощности  больше единицы. В этом интервале частот он может использоваться для построения автогенераторов.

Максимальной частотой генерации () называется такое значение частоты, при которой транзистор еще способен генерировать колебания в схеме автогенератора.Максимальная частота определяется по формуле:

В этой формуле в зависимости от схемы включения в качестве предельной частоты   берется  для схемы включения О. Б. или  для схемы включения О. Э. и определяется  для соответствующей схемы включения.

3. Обратный ток коллектораI_ко — ток через p – n переход коллектора при обратном напряжении на коллекторном переходе. Он имеет место в транзисторе при нулевом базовом токе.

4. Ёмкость коллекторного перехода С_к — измеряется между выводами коллектора и базы при разомкнутой цепи коллектора и имеет значение от единиц до сотен пикофарад. Коллекторная емкость негативно сказывается на показателях работы транзистора, как в усилительном, так и ключевом режимах.

5. Допустимая мощность рассеивания коллектора —  () мощность, рассеиваемая транзистором и создающая такой тепловой режим, при котором не изменяются электрические свойства транзистора.

                       3.2.8 Составной биполярный транзистор.

В ряде схемных решений коэффициент усиления транзистора по току, даже в схеме с О. Э. оказывается недостаточным. Для повышения коэффициента усиления используется такое соединение двух транзисторов, которое рассматривается как один транзистор и называется составной транзистор (рисунок 3.22).

    Рисунок 3.22 – Схема составного биполярного транзистора

Коллекторы этих транзисторов соединены, а эмиттер первого транзистора подключен к базе второго. Рассмотрим в приращениях связи между токами транзисторов и найдем, как выражается коэффициент усиления составного транзистора через коэффициенты усиления каждого из них. Как видно из рисунка 3.22, составной транзистор включен по схеме с общим эмиттером, поэтому коэффициент усиления его по току будет определяться соотношением:

Транзистор коэффициент усиления — Справочник химика 21

    Основными параметрами транзистора являются коэффициент усиления по току [13] [c.464]

    Изменение коэффициента усиления достигается сменой числа каскадов усиления. Для обеспечения постоянной температуры в усилителе применены кремниевые транзисторы типа 2Т306Г и 2Т315Б с малыми обратными токами. [c.23]

    Автор измерял увеличение тока анодного растворения германия Дг в зависимости от тока инъекции дырок 1р. По аналогии с плоскостным сплавным транзистором коэффициент усиления по току  [c.71]

    В качестве усилителя сигнала в приборе используется транзисторный усилитель с непосредственной связью. Напряжения на коллекторах транзисторов УТЗ и УТ4 в этой схеме равны напряжениям база—эмиттер последующих транзисторов. Напряжения между базами и коллекторами транзисторов УТЗ и УТ4 приблизительно равны нулю и мало зависят от температуры. Это обеспечивает высокую температурную стабильность усилителя. Введение в схему отрицательной обратной связи по постоянному току (цепь С5, ЯП, Я12, С4) значительно стабилизирует режим всего усилителя. Конденсатор С4 устраняет параллельную обратную связь по переменному току, которая снижает коэффициент усиления усилителя и его входное сопротивление. Для дополнительной стабилизации характеристик усилителя и повышения его входного сопротивления предусмотрена возможность введения отрицательной обратной связи по току включением в схему резисторов обратной связи Я13, Я14. [c.300]

    Несмотря на простоту, усилитель имеет высокие качественные показатели коэффициент усиления по напряжению 50—8000 (в зависимости от сопротивлений R13, R14), рабочий диапазон температур от —15 до 50 °С, стабильность коэффициента усиления в рабочем диапазоне температур не хуже 2 %, уровень шумов не более 5 мкВ. По сравнению с усилителем, выполненным по обычной схеме, усилитель с непосредственной связью имеет вдвое меньше резисторов и втрое меньше электролитических конденсаторов при примерно равных качественных показателях. Глубокая обратная отрицательная связь по постоянному току обеспечивает высокую температурную стабильность усилителя, а малые напряжения между базами и коллекторами транзисторов первых его каскадов —низкий уровень шумов. Усилитель легко налаживается, для этого достаточно подобрать сопротивление всего двух резисторов R11 и R12 так, чтобы постоянное напряжение между коллектором и эмиттером транзистора VT6 было равно половине напряжения, подаваемого на коллектор этого транзистора. При этом автоматически устанавливается оптимальный режим работы усилителя и его удается наладить вольтметром постоянного тока или логометром. [c.302]

    При использовании индуктивной высокочастотной коррекции последовательно с активным сопротивлением нагрузки включается корректирующая катушка. Эффективная площадь усиления транзистора возрастает, что может быть использовано для увеличения не только полосы пропускания, но и коэффициента усиления. Такая схема коррекции амплитудно-частотной характеристики каскада может давать всплеск на высоких частотах (из-за появления колебательного контура), поэтому необходимо оптимальным образом рассчитывать величину индуктивности. Используя такую цепь коррекции в промежуточном каскаде, одновременно с повышением коэффициента усиления можно компенсировать частотную неравномерность входного сопротивления следующего каскада. [c.139]

    При разработке широкополосных импульсных усилителей, особенно мало-шумящих, необходимо оптимальным образом выбирать положение рабочей точки транзистора с учетом обеспечения минимума шумов и максимума коэффициента усиления. [c.140]

    Оценим эту величину. Максимальное регистрируемое без искажений значение напряжения сигнала на выходе усилителя близок к напряжению питания, составляющего обычно для предварительного усилителя сигналов преобразователя величину порядка 10 В. Для линейного детектирования с помощью прецизионных детекторов на операционных усилителях необходима величина сигнала порядка 1 мВ. Следовательно, динамический диапазон (отношение максимального сигнала к минимальному) составит 10 ООО. Если коэффициент усиления Усилителя составляет 100 (характерное значение), то напряжение максимального неискажаемого входного сигнала составит 0,1 В (100 мВ), а минимальное — 10 мкВ. Оценим величину электрического шума входного каскада. Приняв, что на входе усилителя сигналов пьезопреобразователя использован полевой транзистор с шумовым напряжением порядка 2 нВ/ /Гц (типовое значение для рассматриваемого частотного диапазона), для полосы частот 10 кГц ползучим шумовое напряжение 200 нВ — величину, которой можно [c.135]

    На рис. 1-39,а показана простейшая схема параметрического стабилизатора тока, построенного на использовании лампы в качестве автоматически управляемого сопротивления. На рис. 1-39,6 показана схема простого стабилизатора тока, выполненного по компенсационной схеме, а на рис. 1-39,е — транзисторный аналог. Следует заметить, что для получения больших токов и качественного улучшения стабилизации применяются более сложные схемы, содержащие усилители с большим коэффициентом усиления и мощные регулирующие элементы, получаемые в результате параллельного включения и применения составных транзисторов. [c.86]

    Операционные усилители. Эти элементы представляют собой сложную схему, состоящую из десятков транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов. Схемное обозначение операционных усилителей ОУ показано на рис. 35. Операционные усилители имеют клеммы для подключения источника питания + Ел и —Яп), две входных Вх1 и Вх2) и выходную клемму. При подаче сигнала на клемму Вх1 (—) выходной сигнал будет в противофазе со входным, а при использовании клеммы Вх2 ( + ) сигнал на клемме Вых. будет той же фазы, что и входной. Коэффициент усиления, т. е. отношение выходного сигнала к входному без дополнительных элементов, очень велик (несколько десятков тысяч). Основное применение ОУ — создание высокоточных линейных усилителей, а также устройств, реализующих некоторые нелинейные зависимости выходного сигнала от входного например, квадратную зависимость у = х ). [c.76]

    У современных транзисторов статический коэффициент усиления по току р= А1 к/А1б достигает нескольких сотен. На линейном участке сигнал Увых по форме такой же, как и и вх> но больше по амплитуде. Коэффициент усиления по напряжению составляет несколько единиц или десятков. [c.82]

    Необходимую чувствительность прибора обеспечивает трехкаскадный усилитель на транзисторах с коэффициентом усиления 4000—6000. Источником питания усилителя является сухой элемент типа ФБС напряжением 1,4 В. Регулятор чувствительности позволяет установить наиболее выгодный режим работы усилителя при разных уровнях сигнала. На частотах ниже 100 Гц транзисторы работают значительно хуже, поэтому после усилителя еще больше ослабляется сигнал промышленной частоты. [c.125]

    Основными параметрами транзисторов, определяющими гарантированную работу в схемах, являются коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером р, начальный ток коллектора /кн, обратный ток коллектора /ко, обратный ток эмиттера /эо, максимально допустимая мощность рассеивания коллектором при естественном охлаждении Р ах- [c.247]

    Известен ряд комбинированных полупроводниковых приборов, таких, как фототранзисторы или фото-ПТ, в которых управляющая функция транзистора задается излучением. Их характеристики подобны характеристикам фотодиодов с большей чувствительностью благодаря повышенному коэффициенту усиления. Одним из недавних достижений в этой области является изготовление линейного ряда из большого числа фотодиодов, расположенных близко друг к другу на единой подложке, что позволяет одновременно измерять интенсивность излучения [c.567]

    В высокочастотных усилителях используют два варианта схем включения транзисторов с общим эмиттером и общей базой [501. Эти схемы аналогичны ламповым с общим катодом и общей сеткой. Схема с общим эмиттером (рис. 19) имеет больший коэффициент усиления мощ-. i пости и меньшую реакцию выходной цепи на входную, -i Для расчета схем условимся считать положительным на- «I— [c.65]

    Транзистор может быть проверен и с помощью тестера по шкале омметра (рис. 1.4, в). При проверке с помощью тестера ТТ-1 коэффициент усиления триода определяется по формуле [c.35]

    КОЛЬЦО с небольшой магнитной проницаемостью. Коэффициент усиления транзистора составляет 20—25, а Тз — 40—100. [c.130]

    Для обеспечения требуемого входного сопротивления и уменьшения шумов входные лампы в обоих усилителях работают в режиме малых токов с низкими сопротивлениями нагрузки, что снижает коэффициент усиления каскада. Для увеличения усиления в схеме на рис. 3.28 служит второй ламповый каскад с трансформаторным выходом для согласования с нагрузкой. В усилителе, показанном на рис. 3.29, согласование с нагрузкой обеспечивается эмиттерным повторителем, а для повышения усиления вводится положительная обратная связь с выхода эмиттерного повторителя в общую точку, разделенной анодной нагрузки Я2 через конденсатор С1. Для усиления слабых фототоков наиболее эффективны полевые транзисторы, имеющие весьма малые шумы и обеспечивающие высокое входное сопротивление [25], и интегральные схемы [54]. [c.120]

    Выбрав транзистор, определяют коэффициент усиления р = обратный ток коллектора /ко = К02 (по техническим условиям или экспериментальным путем [17]). Ток / о сильно зависит от температуры, поэтому ток коллектора /кн должен превосходить /ко [c.157]

    Для достижения устойчивости работы НС- и НЬ-авто-генератора большое значение имеет цепь обратной связи. В различных типах автогенераторов фазовращающие НС- или НЬ-цепп могут быть включены или в тракт положительной обратной связи (П.О.С.) — Ц пь, или в тракт отрицательной обратной связи (О.О.С.) — р-цепь (рис. 1.3). Если НС- или / -колебательная цепь введена в цепь П.О.С., то для улучшения характеристик автогенератора в него специально вводят О.О.С., которая позволяет расширить интервал генерируемых частот, повысить стабильность частоты, улучшить частотную и амплитудную характеристики генератора. Введение О.О.С. приводит к необходимости несколько повысить коэффициент усиления усилителя К, но это достигается легко — выбором соответствующих характеристик усилительных элементов (ламп или транзисторов) [c.13]

    Одновременно увеличивается коэффициент подавления синфазной помехи, которая возникает, когда усилитель является дифференциальным, т.е. имеет два входа. При использовании малошумящих полевых транзисторов Г1 и Г, с коллекторным током 0,1 мА коэффициент усиления каскада по напряжению составляет 5-10 , а подавление синфазной -помехи-порядка 90 дБ. Чтобы сохранить достигаемое в [c.51]

    Указывается на изменение коэффициента усиления диффузионных и сплавных р—и-транзисторов после обработки их в замещенных силанах и влияние структуры полимера на параметры и стабильность полупроводниковых приборов [1511. Полимер с длинной цепью уменьшает обратные токи [c.452]

    Электрический сигнал, снимаемый с анода фотоумножителя, мож о непосредственно подавать на осциллограф. При этом сопротивление анодной нагрузки подбирается исходя из длины и волнового сопротивления кабеля так, чтобы не было затяжки электрического сигнала. Иногда для согласования высокого выходного сопротивления ФЭУ с низкоомным кабелем используется катодный повторитель, называемый усилителем мощности, который имеет высокое входное сопротивление и низкоомный выход. Аналогичные эмиттерные повторители, собранные на транзисторах, хотя и занимают мало места, но менее предпочтительны из-за высокого коэффициента шумов. Усиление сигнала при помощи вертикального усилителя осциллографа возможно при наличии дифференциального усилителя, позволяющего компенсировать отклонение нулевой линии. [c.185]

    Таким образом, при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером в усилительном (линейном) режиме в пределах участка ВС происходит многократное усиление сигнала по току и напряжению с соответствующими коэффициентами уси- [c.29]

    Сочетая высокое входное сопротивление электронных ламп с усилением мощности с помощью транзисторов, можно получить усилители постоянного тока с хорошими параметрами. На рис. 1П.17 приведена схема усилителя, обладающего высоким входным сопротивлением и большим коэффициентом усиления дрейф нуля не превышает 0,25 мв/ч и 1 мв1град. [c.94]

    Длительность импульсов регулируется конденсаторами С —С . На выходе усилителя примекен эмиттерный повторитель, необходимый для согласования нагрузок. Измерения проводят методом сравнения известной Сд—Сд и неизвестной (С ) емкостей. Измеряемая емкость будет равна контрольной, умноженной на отношение показаний прибора. Схема не критична к коэффициентам усиления транзисторов, которые могут быть в пределах 20—120. Вместо триодов П401 можно применять триоды П15 или П14. Прибор позволяет измерять емкости от 100 пф до 1 мкф. [c.193]

    Простые регуляторы могут быть выполнены с применением полупроводниковых триодов. Комбинация транзисторного усилителя на входе и лампового на выходе позволяет согласовать низкоомный мост с высокоомным входом лампового усилителя и получить большой коэффициент усиления На рис. XIII.34 приведена схема, в которой чувствительный элемент (термистор КМТ-1) входит в измерительный мост, питаемый переменным током. Сигнал разбаланса усиливается двухкаскадным усилителем, выходной каскад является фазочувствительным. Режим транзистора подобран так, что при балансе моста на сетке лампы имеется смещение в 1 в. Точность регулирования температуры 0,05° С. [c.421]

    При необходимости работы с высокоомным источником сигнала постоянного тока можно воспользоваться усилителем [58], схема которого приведена на рис. 3.35. Для повышения входного сопротивления первый каскад собран иа полевом транзисторе типа КП102Е. Входное сопротивление этого усилителя на низких частотах составляет 10—50 МОм, среднее значение температурного дрейфа нуля — 50—100 мкВ/°С, коэффициент усиления по мощности — 75—90 дБ, максимальное неискаженное выходное напряжение — пе ниже 12 В. [c.123]

    Бесконтактный регулятор напряжения БРНЗ-В. Этот регулятор является модификацией ряда регуляторов БРНЗ. В схеме регулятора (рис. 137) можно условно выделить измерительный и регулирующий органы. Измерительный орган, предназначенный для измерения отклонения напряжения выше установленного значения, собран по мостовой схеме. Три плеча моста образуют резисторы / /, Ш, Я2 (потенциометр), КЗ и К4, четвертое плечо состоит из стабилитронов ДЗ (Д6), Д4 и Д5. На одну диагональ моста подается напряжение сглаженное конденсатором С1, а в другую диагональ моста включен переход эмиттер-база транзистора Т/. Коэффициент усиления мостовой измерительной схемы мал, поэтому в цепь стабилитронов включены [c.160]

    Узел согласования представляет собой один или несколько ключевых транзисторов, преобразующих уровень информационного сигнала. Основные требования к узлу согласования — высокий коэффициент усиления по току и повышенное быстродействие. [c.172]

---

Прибор для измерения параметров биполярных транзисторов для начинающих и не только… — Измерения — Другое — Каталог статей и схем

В радиолюбительских условиях для проверки пригодности транзисторов не обязательно пользоваться мультиметром (типа М830…), имеющего режим  измерения коэффициента усиления по току β.  Такие приборы имеют очень неудобные гнезда для подключения выводов триода, но главное – неизвестны параметры, при которых транзистор тестируется (ток базы, напряжение и ток коллектора и др.).
        В лучшем случае они стабилизированы по току базы или эмиттера при напряжении питания мультиметра  (обычно 9 В)  и не  могут быть изменены при измерении разных типов транзисторов, их величины всегда постоянны. Между тем условия и данные заводских измерений, устанавливаемые  ГОСТом, всегда приводятся в справочниках и даташитах для сравнения параметров транзисторов, их отбора и отбраковки. Причем в пределах разных классов, типов и групп условия измерения транзисторов  тоже не всегда одинаковые…

Таким образом, сопоставление полученных при измерении результатов с табличными справочными данными становится неправомерным.

 В любительских условиях вполне достаточно определить обратные токи коллекторного и эмиттерного переходов (Iкбо, Iэбо), начальный ток коллектора (Iк.н. или Iк), а также коэффициент усиления по току (β), включенного по схеме с общим эмиттером. Измерение обратного тока эмиттерного перехода (Iэбо) проводят, собрав схему по рис.1.

Рис.1
          Коллекторная цепь при этом должна быть разомкнутая.

 На рис.2 изображена схема для определения обратного тока коллекторного перехода (Iкбо).

Рис.2
         При этом измерении цепь эмиттер-база должна быть разомкнутая.

Коэффициент усиления по току β транзистора, включенного по схеме с  общим эмиттером (ОЭ), можно определить после измерений, проведенных по схеме на рис.3.

 Рис.3
          С помощью переменного резистора R устанавливают коллекторный ток Iк в несколько миллиампер и микроамперметром регистрируют значение тока базы Iб. Коэффициент усиления транзистора по току приблизительно вычисляют по формуле:

  β=Iк/Iб

 Для определения β можно обойтись только одним миллиамперметром, подбирая сопротивление резистора R в цепи базы. Т.к. сопротивление перехода эмиттер-база ничтожное в сравнении и величиной сопротивления смещения R, ток базы определяется именно сопротивлением R:

 Iб=Uк/R,

где Uк (или Uкэ) напряжение батареи.

  Измеряя  ток коллектора Iк по схеме на рис.3 определяют коэффициент усиления транзистора β.

Если максимально ожидаемый коэффициент усиления транзистора (верхний предел измерения) βмакс., а наибольший коллекторный ток Iк.макс., то сопротивление смещения

  R= βмакс.U/ Iк.макс.

 Например, мы имеем миллиамперметр на максимальный ток 50 мА (Iк.макс.=0,05 А). Пусть верхний предел измерения βмакс.=500. Источником питания является батарейка на 1,5 В. Тогда сопротивление резистора будет R=500 х 1,5/0,05=15000 Ом.

При таком сопротивлении, понятно, шкала миллиамперметра будет представлять собой шкалу значений β до 500 и являться кратной ей, что, естественно, удобно.

Для измерения коэффициента усиления транзисторов по току транзисторов с n-p-n переходом в подобных приборах применяют коммутацию источника питания и измерительного прибора (реверс подключения). Такая схема приведена на  рис.4. Сопротивление R1 здесь определяют так, как указано выше, а резистор R2 (шунт прибора) подбирают до расчетной величины:

  R2=Rпр.Iпр./(Iк.макс.-Iпр.),

 где Rпр. – сопротивление рамки измерительного прибора, а Iпр.  – ток полного отклонения стрелки прибора.
         
         Рис.4.

 Описанный прибор имеет существенный недостаток. Дело в том, что коэффициент передачи тока при подключении транзистора по схеме с ОЭ h31e=ΔIк/ΔIб, и таким образом коэффициент передачи тока β в значительной степени зависит от режима работы транзистора, и в первую очередь от тока эмиттера (здесь ΔIк – изменение тока коллектора в зависимости от изменения тока базы ΔIб).
           Коэффициент передачи тока h31e маломощных транзисторов обычно измеряют при токах эмиттера 0,5 мА (низкочастотные малошумящие), 1 мА (другие НЧ), 5 мА (ВЧ), 10 мА (для работы в импульсных режимах). Напряжение между коллектором и эмиттером при измерении этого параметра обычно равняется 5 В. При этом, параметр h31e очень слабо зависит от напряжения Uкэ и поэтому у маломощных транзисторов его можно измерять при неизменном значении. Упоминаемые токи в описанном приборе при измерениях однотипных транзисторов всегда будут отличаться. А это означает, что сопоставление полученных при измерении результатов с табличными справочными данными становится неправомерным.

Фото 1

В предлагаемом приборе эквивалентной схемой выбрана схема,  представленная на рис.3. По шкале миллиамперметра считываются показания тока  коллектора Iк при заданном токе базы Iб (устанавливается резистором R по показаниям микроамперметра), и далее определяется β расчетом по формуле. Такая схема дает возможность при неизменном напряжении питания прибора (можно также подобрать необходимое) установить то значение тока базы, при котором приводятся справочные данные и, таким образом, иметь сопоставимые результаты измерений. А также промоделировать «поведение» транзистора при изменении тока базы.
          Полная схема прибора приведена на рис.5.

 

Рис.5

 

 В схему добавлена функция измерения еще одного важного параметра – Iкбо (cекция переключателя S1.1). Введена возможность измерения параметров транзисторов с разными p-n переходами (S1.2). Защита при подключении испытуемого транзистора осуществляется путем замыкания цепи базы только в режиме измерения (кнопка SN1 «Пуск»).

Еще одна функция – подключение внешних источника питания (желательно регулируемого) и измерителя Iк (разъем Х2). Это позволяет измерять транзисторы малой и большой мощности и даже тиристоры, выбирая напряжение источника питания (Uкэ)  и считывать показания с более удобной, широкой шкалы стрелочного прибора или по цифровому миллиамперметру. Введенная в цепь коллектора в виде нагрузки лампочка La1 при проверке транзисторов средней и  большой мощности, тиристоров  служит индикатором их исправности.

 В качестве источника питания можно применить встроенный в прибор (внутренний) простейший выпрямитель (его схема не показана), собранный на трансформаторе от старого зарядного устройства сотового телефона, диодного моста типа КЦ407А, и интегрального стабилизатора на  микросхеме 7805.

Можно питать прибор через внешний разъем Х2 от батареи или регулируемого источника. При этом включенные в обратном направлении диоды VD1 и VD2 позволяют избежать их шунтирование элементами схемы внутреннего источника питания (ИП).

При компактном размещении элементов схемы прибора возможно влияние магнитного поля трансформатора (в целях электробезопасности бестрансформаторные ИП применять нельзя!) на чувствительную головку микроамперметра. В таком случае, кроме экранировки и (или) применения трансформатора на торе, можно питать прибор от зарядного устройства (ЗУ) сотового телефона, изготовленного на основе понижающего трансформатора. Такие ЗУ почти всегда имеют необходимые параметры: напряжение 4,7-5,6 В, ток 300мА >.

Оптимальным вариантом, конечно же, является применение регулируемого стабилизированного ИП.

Прибором можно проверять исправность тиристоров. Для этого тиристор подключают к зажимам разъема Х1: коллектор – к аноду, эмиттер – к катоду, база – к управляющему электроду проверяемого тиристора. Положения переключателя:  S1.1  — измерение β, S1.2 – n-p-n, S1.3 – мощный. Переключатель S2 – в зависимости от мощности тиристора в положении, например, 0,6 А. Регулятором «Ток базы» устанавливаем (повышаем) такой ток через управляющий электрод, при котором тиристор открывается – загорается лампочка-индикатор. Тиристор исправен.

В приборе в качестве S1 применяются многосекционные независимые переключатели типа П2К, собранные в линейку (как показано на фото).

 Фото 2                                                         

Фото 3

Микроамперметр и миллиамперметр – любые (все зависит от габаритов корпуса и размеров измерительных головок. Например, как видно на фото, у автора установлена переделанная измерительная головка от старого магнитофона, шкала градуирована в мкА. Шунты – подобранные  самодельные проволочные. В общем, при сборке прибора все зависит от возможностей и творческого подхода радиолюбителя.

Фото 4

Фото 5

Коэффициент усиления

Поскольку усилители могут увеличивать амплитуду входного сигнала, то существует необходимость в оценке усиливающей способности усилителя с точки зрения соотношения выход/вход. Обычно это соотношение называется коэффициентом усиления.

Поскольку здесь передаётся соотношение величин одной размерности (выходная мощность/входная мощность, выходное напряжение/входное напряжение, или выходной ток/входной ток), то сам коэффициент усиления является безразмерной величиной. В математических формулах коэффициент усиления обычно обозначается заглавной буквой «А».

Например, если на входе усилитель принимает сигнал переменного тока 2 В (СКЗ) и на выходе даёт сигнал переменного тока 30 В (СКЗ), то его коэффициент усиления по напряжению переменного тока равен 30/2, то есть 15.

 

Соответственно этому, если нам известен коэффициент усиления и амплитуда входного сигнала, то мы можем вычислить амплитуду сигнала на выходе. К примеру, если на усилитель с коэффициентом усиления по переменному току 3,5 поступает сигнал 28 мА (СКЗ), то выходной ток будет в 3,5 раза выше входного, т.е. 98 мА:

 

В обоих предыдущих примерах в качестве условия выступал сигнал переменного тока. Это было сделано намеренно, поскольку служит необходимой иллюстрацией важной концепции: электронные усилители обрабатывают сигналы постоянного и переменного тока различным образом, и могут проводить усиление этих сигналов до различной степени. Можно сказать так, что по сравнению с усилением стабильного по величине сигнала (постоянный ток), усиление переменного тока (то есть изменений или колебаний амплитуды), осуществляется усилителями в другом соотношении . Следовательно, если необходимо провести вычисление коэффициента усиления, то в первую очередь необходимо выяснить по какому параметру производится усиление, а также тип сигнала (постоянный ток или переменный ток).

Как в случае переменного, так и постоянного тока, коэффициент усиления может быть выражен через напряжение, ток и/или мощность. Ниже приведены формулы для определения коэффициентов усиления. Треугольный символ «дельта» (?) является математическим обозначением изменения какой-либо величины, следовательно «?Vвых. / ?Vвх.” означает „отношение изменения выходного напряжения к изменению входного напряжения“ или просто «выходное напряжение переменного тока, поделённое на входное напряжение переменного тока»:

	Усилитель постоянного тока	Усилитель переменного тока
Напряжение
Ток
Мощность
	«изменение …»

 

Если в схеме последовательно установлены несколько усилителей, то общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилителей. (см. рис. ниже). Если сигнал 1 В подаётся на вход усилителя с коэффициентом усиления 3, то сигнал 3 В на его выходе будет далее усилен в 5 раз на втором усилителе, что даст на его выходе сигнал 15 В.

Коэффициент усиления цепочки каскадных усилителей равен произведению коэффициентов усиления отдельных усилителей

 

Тактические и профессиональные фонари. В первую очередь, это светотехнические средства, пригодные для применения в экстремальных и сложных условиях, а так же техника, оптимизированная для узкого спектра задач, например подствольные фонари или фонари для дайвинга.

14447 0

Активная распределенная антенная система представляет собой двунаправленный репитер, который усиливает и дублирует выходной сотовый сигнал внутри одного помещения. Усиленный сигнал дублируется с помощью внутренней антенны. Подобным образом дублируется сотовый сигнал и за пределами здания.

6611 0

Для схемы данного интегратора подойдёт практически любая модель операционного усилителя, но в списке необходимых компонентов указана модель 1458, так как входные токи смещения этого ОУ гораздо выше. Как правило, высокий входной ток смещения считается плохой стороной того или иного операционного усилителя, если он используется в схеме усилителя постоянного тока (и особенно в схеме интегратора!).

8119 0

ЭЛЕКТРОНИКА

2.2. УСИЛИТЕЛИ

Важным назначением электронных приборов является усиление электрических сигналов. Устройства для решения этой задачи называются усилителями.

Структурная схема усилителя приведена на рис.2.1.

Рисунок 2.1.

Устройство содержит входное устройство (ВХУ) для передачи сигнала от источника (Ист. С) ко входу первого каскада. Его применяют, когда непосредственное подключение источника сигна­ла ко входу усилителя невозможно или нецелесообразно. Обычно входное устройство выполняется в виде трансформатора или RC-цепочки, предотвращающих прохождение постоянной состав­ляющей тока от источника к усилителю, или наоборот.

Предварительный усилитель (Предв. У) состоит из одного или нескольких каскадов усиления. Он служит для усиления входного сигнала до величины, достаточной для работы усилителя мощ­ности. Наиболее часто в качестве предварительных усилителей используют усилители напряжения на транзисторах. Усилитель мощности (УМ) служит для отдачи в нагрузку необходимой

мощности сигнала. В зависимости от отдаваемой мощности он содержит один или несколько каскадов усиления. Выходное устройство (Вых. У) используется для передачи усиленного сигна­ла из выходной цепи усилителя мощности в нагрузку (Н). Оно применяется в тех случаях, когда непосредственное подключение нагрузки к усилителю мощности невозможно или нецелесо­образно. Тогда роль выходного устройства могут выполнять разделительный конденсатор или трансформатор, не пропускаю­щие постоянную составляющую тока с выхода усилителя в нагрузку. При использовании трансформатора добиваются согла­сования сопротивления выхода усилителя и нагрузки с целью достижения максимальных значений КПД и малых нелинейных искажений. В усилителях на основе интегральных схем избегают применения трансформаторов вследствие их больших габаритных размеров и технологических трудностей изготовления.

Источник питания обеспечивает питание активных элементов усилителя.

Основными признаками для классификации усилителей явля­ются диапазон рабочих частот и параметры, характеризующие его усилительные способности: ток, напряжение, мощность. Важней­шими техническими показателями усилителя являются: коэффи­циент усиления, входное и выходное сопротивления, диапазон усиливаемых частот, динамический диапазон, нелинейные, частот­ные и фазовые искажения. Усилители мощности характеризуются выходной мощностью и КПД.

Для реализации высоких значений коэффициента усиления используют последовательное включение нескольких каскадов. Для многокаскадных усилителей (содержащих n каскадов) общий коэффициент усиления равен произведению коэффициентов усиле­ния отдельных каскадов:

К = К₁ К₂ … К_n.         
            Первый каскад определяет входное сопротивление усилителя

R_ВХ = U_BХ / I_ВХ.

Если этот каскад работает при слабых входных сигналах, то к нему предъявляются жесткие требования по уровню собственных шумов.

Выходной каскад усилителя обычно является усилителем мощности. Он характеризуется выходным сопротивлением R_ВЫХ = U_BЫХ / I_ВЫХ. Важным показателем является полезная мощность в нагрузке  R_H:

P_ПОЛ = U²_ВЫХ / R_Н = I²_ВЫХ R_H,

где U_ВЫХ и I_ВЫХ — действующие значения выходного напряжения и тока соответственно.

Коэффициент полезного действия определяется отношением полезной мощности в нагрузке Р_ПОЛ к мощности, потребляемой усилителем от всех источников питания

            . 

При больших амплитудах сигналов из-за нелинейности харак­теристик усилительных элементов возникают нелинейные искаже­ния. Поэтому в практике используют понятие номинальной выходной мощности — максимальной мощности при искажениях, не превышающих допустимое значение. Степень нелинейных искажений усилителя оценивают величиной коэффициента гар­моник:

            ,

где U₂, U₃, U_n — действующие значения напряжений гармоник, возникших в результате нелинейного усиления; U₁ — действующее напряжение первой гармоники.

Общая величина коэффициента гармоник многокаскадного усилителя зависит от нелинейных искажений, вносимых отдель­ными каскадами, и определяется по формуле

              .

В электросвязи нелинейность усилителей принято оценивать затуханием нелинейности А в неперах:

.

Наличие в усилителях реактивных элементов (емкостей и индуктивностей) приводит к возникновению частотных искажений и не позволяет получить постоянный коэффициент усиления в широкой полосе частот. Примерный вид АЧХ усилителя показан на рис. 3.2, а.

Рисунок 2.2.

          Степень искажений на отдельных частотах оценивается коэффи­циентом частотных искажений К_Ч, равным отношению коэффи­циента усиления К₀ на средней частоте f₀ к коэффициенту усиления К_f на данной частоте f:

            K_Ч = К₀/К_f.     

Обычно наибольшие частотные искажения возникают на границах диапазона рабочих частот: нижней f_н и верхней f_в. Коэффициенты частотных искажений в этом случае М_Н = К₀/К_Н, М_B = К₀/К_В. Коэффициент частотных искажений многокаскадного усилителя равен произведению коэффициентов частотных искаже­ний отдельных каскадов:

М = М₁М₂…М_n (раз).        

Обычно коэффициент частотных искажений выражают в деци­белах М_(ДБ) = 20LgМ_раз = М₁ + М₂ + … +М_n.

Частотные искажения в усилителе сопровождаются появлением сдвига фаз между входным и выходным напряжениями, что приводит к фазовым искажениям. Фазовые искажения, вносимые усилителем, оцениваются по его фазочастотной характеристике (рис. 2.2,б). Фазовые искажения в усилителе отсутствуют, когда фазовый сдвиг линейно зависит от частоты.

Идеальная АЧХ представляет собой прямую, параллельную оси частот (штриховая линия на рис. 2.2, а).

Идеальная фазочастотная характеристика (ФЧХ) — прямая, начинающаяся из начала координат (штриховая линия на рис. 2.2, б). Идеальная амплитудная характеристика усилителя показана штриховой линией на рис. 2.2, в. В реальных усилителях наблюдаются отклонения от идеальной характеристики при слабых и больших входных сигналах. В первом случае это объясняется наличием собственных шумов усилителя, во вто­ром — ограниченностью линейного участка характеристик усили­тельных каскадов (обычно последнего).

Отношение амплитуд наиболее сильного и наиболее слабого сиг­нала на входе усилителя называют его динамическим диапазоном D:

D = 20 lg (U_{ВХ max} / U_{ВХ min}).

            Рисунок 2.3.

В ка­честве базового узла предварительных усилителей наиболее широко применяется усилительный каскад на БТ, включенный по схеме с общим эмиттером. Простейшая схема такого каскада приведена на рис. 2.3, а графики, поясняющие его работу, — на рис. 2.4. Для получения наименьших нелинейных искажений усиливаемого сигнала рабочую точку А выбирают посередине рабочего участка характеристик (участок ВС на рис. 2.4, б). Выбранный режим обеспечивается требуемой величиной тока базы I_БА, задаваемого резистором R_Б. Сопротивление резистора R_Б рассчитывается по формуле

.

Здесь U_БЭА, I_КА, I_БА — напряжение и соответствующие токи в рабочей точке А.

При подаче на вход транзистора напряжения сигнала u_вх происходит изменение тока базы, а следовательно, и изменение тока коллектора i_к и напряжения на сопротивлении нагрузки R_H.

Амплитуда выходного тока I_км примерно в (b_БТ раз больше амплитуды базового тока I_БТ, а амплитуда кол­лекторного напряжения U_Кm во много раз больше ам­плитуды входного  напряжения: U_Кm>>U_ВХm=U_БЭm. Таким об­разом, каскад усиливает ток и напряжение входного сигнала, что иллюстрирует рис. 2.4, а и б.

Пользуясь графиками, при­веденными а этих рисунках, нетрудно определить основные параметры каскада:

входное сопротивление

R_ВХ = U_БЭm / I_Бm.

коэффициент усиления  по  току

            К_i = I_кm / I_Бm.

коэффициент усиления по  напряжению

К_u = U_Кm / U_БЭm.

коэффициент усиления по мощности

К_Р = К_uК_i.

Обычно каскады предварительных усилителей работают в режиме усиления слабых сигналов (постоянные составляющие тока базы и коллектора существенно превосходят аналогичные перемен­ные составляющие). Эта особенность позволяет использовать аналитические методы расчета параметров каскадов по известным Н-параметрам транзистора.

Для определения параметров предварительного усилителя на БТ аналитическим методом воспользуемся моделью, приведенной на рис. 3.5, д. Предположим вещественный характер Н-параметров, что справедливо в области низких частот. Здесь усилитель представлен четырехполюсником, описываемым системой уравне­ний, где

            .

Рисунок 2.4.

Решая совместно системы уравнений, получаем формулы для расчета основных параметров усилителя, пригодные для любой схемы включения транзистора:

;

;

;

.

Анализ полученных уравнений показывает, что все параметры усилителей на БТ существенно зависят от сопротивления R_H.Э.. В каскадах усилителей (см., в частности, рис. 2.3) под R_H.Э. понимается эквивалентное сопротивление нагрузки каскада, обра­зованное параллельным включением сопротивлений R_H и входного сопротивления следующего каскада R_ВХ.СЛ. При определенном сопротивлении нагрузки, называемом оптимальным, наблюдается максимальное усиление мощности входного сигнала:

.

Однако обычно в предварительных усилителях не ставится условие получения максимального усиления мощности входного сигнала и выполняется неравенство R_H.Э.<<R_H.Э.ОПТ. С учетом этого можно использовать упрощенные формулы для расчета параметров каскада предварительного усилителя: R_ВХ»H₁₁; К_i»H₂₁; ; .

Приведенные выше параметры получены без учета влияния реактивных элементов схемы. Это справедливо для области средних частот (см. рис. 2.2, а), где коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности не зависят от частоты.

На входе и выходе предварительного усилителя (рис. 2.3 и 2.5, б) используются элементы межкаскадной связи: разделительные конденсаторы С_р1 и С_р2. Разделительный конден­сатор С_р1 обеспечивает гальваническую развязку источника сигна­ла и входа транзистора, а конденсатор С_р2 препятствует попада­нию постоянной составляющей тока коллектора на вход следую­щего каскада. Для получения больших значений коэффициента усиления используют последовательное соединение однотипных каскадов, выделенных на рис. 2.3 штриховой линией. Модели предварительного усилителя с учетом реактивных элементов приведены на рис. 2.5, б — д.

Рисунок 2.5.

Наличие в усилителях емкостей межкаскадной связи приводит к частотным искажениям усиливаемых сигналов в области нижних частот. Это нетрудно объяснить, рассматривая модели усилителя с генератором тока (рис. 2.5, б) или с эквивалентным генератором напряжения (рис. 2.5, в).

В усилителе на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, роль R_r выполняет динамическое сопротивление «коллектор — база» R_K6, а напряжение генератора определяется выражением , где U’_ВХ — напряжение на эмиттерном переходе (отличается от U_BX на величину падения напряжения на сопротивлении базы R₆). При понижении частоты увеличивается сопротивление емкости раз­делительного конденсатора (Х_с = 1/(wС_р2), включенного последо­вательно с внешней нагрузкой каскада (входом следующего каскада).

На низких частотах увеличивается падение напряжения сигнала на емкости разделительного конденсатора и, следовательно, снижается выходное напряжение каскада. Это приводит к умень­шению коэффициента усиления с понижением частоты. Как видно из модели на рис. 2.5, в, функцию внешней нагрузки рассмат­риваемого предварительного усилителя выполняет эквива­лентное входное сопротивление следующего каскада: R_Э = R₆₂ (R_{б сл} + R_{бэ СЛ})/(R₆₂ + R_{б СЛ} + R_{53 СЛ}), где R_б2 — сопротивление, обеспечивающее требуемый ток базы в исходном режиме следую­щего транзистора; R_{6 сл} — сопротивление базы следующего транзи­стора; R_{бэ СЛ} — сопротивление эмиттерного перехода следующего транзистора.

Для облегчения анализа низкочастотных свойств предваритель­ного усилителя полную модель (рис. 2.5, в) преобразуют в упрощенную модель, изображенную на рис. 2.5, г. Здесь усили­тельные свойства биполярного транзистора учтены эквивалентным генератором напряжения с U_Г.НЧ и внутренним сопротивлением R_Г.Н.Ч:

U_Г.НЧ=U_ГR_Н/(R_Г+R_Н), R_Г.НЧ=R_ГR_Н/(R_Г+R_Н).

Выходное напряжение усилителя в области нижних частот, как видно из рис. 3.5, г, определяется выражением

_ВЫХ.НЧ=_ВЫХR_Э=U_Г.НЧ / (R_Г.НЧ — j +R_Э).

В области средних частот сопротивление емкости С_р2 стано­вится пренебрежимо малым и выходное напряжение определяется выражением

U_ВЫХ.СР=U_Г,НЧR_Э / (R_Г.НЧ+R_Э).

Отношение напряжения U_вых._нч к напряжению позволяет определить в комплексной форме относительное усиление каскада в области нижних частот:

.

Величину С_р2 (R_Г.НЧ + R_Э) называют постоянной времени каскада на нижних частотах и обозначают t_НЧ. Модуль выражения является уравнением нормированной АЧХ каскада в области нижних частот, а величина, обратная модулю, показывает зависимость коэффициента частотных искажений от частоты:

 ;

Отношение множителя при мнимой части выражения к его действительной части позволяет определить tgj, необходимый для расчета фазочастотной характеристики каскада:

j = arctg[l/(wt_HЧ)] = arctg[l/(wC_p2(R_Г.НЧ + R_Э)].    

При изменении частоты  от нуля до бесконечности, угол сдвига фазы между выходным и входным напряжениями меняется от +90° до нуля.

Для определения импульсной характеристики каскада в об­ласти больших времен выражение запишем в операторной форме: К(p)=pt_НЧ/(1+pt_НЧ). Этому изображению соответствует оригинал, представляющий импульсную характеристику усили­теля:

К(f) = exp(-t/ t_НЧ).     

Полученные выше расчетные формулы пригодны и для предварительных усилителей на полевых транзисторах, если принять в качестве U_г = m_ПТU_вх, а в качестве R_Э.НЧ сопротивление утечки, включенное между затвором и истоком. В усилителях на биполярных транзисторах вследствие малых значений сопротивле­ния R_Э.НЧ для получения требуемых значений t_НЧ и, следовательно, небольших частотных искажений в области нижних частот приходится использовать электролитические конденсаторы боль­шой емкости. Этого недостатка лишены усилители на полевых транзисторах. Вследствие высокого входного сопротивления в каскадах с полевыми транзисторами нетрудно обеспечить требуе­мые t_Н.Ч при использовании разделительных конденсаторов малой емкости.

Наличие в усилителях междуэлектродных емкостей транзисто­ров и монтажных емкостей приводит к возникновению частотных искажений усиливаемых сигналов в области верхних частот. Для анализа высокочастотных свойств предварительного усилителя полную модель (см. рис. 2.5, а) преобразуют в упрощенную модель, приведенную на рис. 2.5, д.

Здесь усилительные свойства биполярного транзистора учтены генератором напряжения с внутренним сопротивлением, опреде­ляемым выражением

            ,

где R’_Н = R_HR₆₂/(R_H + R_б2). В предварительных усилителях обычно R_Г>>R’_H. Поэтому в дальнейшем можно использовать выраже­ние в упрощенном виде R_Г.ВЧ»R_бэСЛ(R_бСЛ+R’_Н)/(R_бэСЛ+R_бСЛ+R’_Н).

В высокочастотной модели каскада предварительного усиления междуэлектродные и монтажные емкости учтены в виде нагру­жающей каскад эквивалентной емкости С_Э = С_ВЫХ + С_М + С_ВХсл, где С_вых — выходная емкость транзистора рассматриваемого каскада; С_м — монтажная емкость; С_вхсл — входная емкость следующего каскада. Наибольший вклад в С_э вносит емкость С_вхсл. Эта емкость определяется выражением С_вх.сл = С_бэ + С_к , где С_бэ = = 1/(2pf_bR_6э) — емкость перехода база — эмиттер; С_к — емкость коллекторного перехода; К_u — коэффициент усиления по напряже­нию следующего каскада.

Эффект увеличения коллекторной емкости объясняется тем, что через нее протекает ток, пропорциональный разности потенциалов между базой и коллектором следующего каскада.

Выходное напряжение каскада в области верхних частот согласно модели рис. 2.5, д определяется по формуле

.

Величину C_эR_Г.ВЧ называют постоянной времени каскада в области верхних частот и обозначают t_ВЧ. На средних частотах wС_эR_Г.ВЧ<<1 и, следовательно,  становится равным _Г.ВЧ. Нормированный коэффициент усиления в области верхних частот в комплексной форме определяется выражением

            .

Модуль выражения  представляет  собой уравнение нормированной   АЧХ каскада в области верхних частот, а обратная ему величина характеризует зависимость коэффициента частотных искажений от частоты

;

.

Аргумент выражения представляет собой фазочастотную характеристику в области верхних частот j = arctg(wC_ЭR_Г.ВЧ). Отрицательное значение угла сдвига фазы свидетельствует об отставании выходного напряжения от входного на верхних частотах (при w ® ¥,  j ® -90°).

Для определения импульсной характеристики каскада в об­ласти малых времен запишем выражение в операторной форме: К_ВЧ(р)= 1/(1+pt_ВЧ). Этому изображению соответствует оригинал, представляющий нормированную импульсную характе­ристику в области малых времен:

            К_ВЧ(t)=1-exp(-t/t_ВЧ).

Выражения позволяют рассчитать нормирован­ные характеристики каскадов предварительного усиления, необхо­димые для анализа свойств усилителей.

Модель, изображенная на рис. 2.5, д, пригодна для анализа усилителей на полевых транзисторах. В последних также наиболь­ший вклад в С_э вносит входная динамическая емкость. Однако если у биполярных транзисторов наибольшее влияние оказывает входная емкость (емкость перехода «база — эмиттер»), то в случае полевых транзисторов преобладающее влияние оказывает динами­ческая проходная емкость «затвор — сток»: С_зс.ДИН = С_ЗС(1+ ).

Рассмотренный кас­кад предварительного усиления (см. рис. 2.3) отличается просто­той и малым потреблением тока от источника питания. Однако он имеет существенный недостаток: режим работы сильно зависит от температуры окружающей среды и нарушается при смене транзис­тора, а также с течением времени. В той или иной степени избежать этого недостатка позволяют каскады усиления со стабилизацией режима, схемы которых приведены на рис. 2.6.

Рисунок 2.6.

В схеме на рис. 2.6, а стабилизация режима достигается включением резистора между базой и коллектором. При этом транзистор оказывается охваченным параллельной ООС по напря­жению. Это приводит к уменьшению входного и выходного сопро­тивлений, а также к стабилизации режима. Такой способ получил название коллекторной стабилизации. Каскады с коллекторной стабилизацией сохраняют нормальную работу при перепадах температуры до 30° С и изменении b_БТ транзисторов до двух раз.

В схеме рис. 2.6, б, получившей название схемы эмиттерной стабилизации, используется последовательная ООС по постоян­ному току. Она достигается включением резистора в цепь эмиттера транзистора. Для того чтобы избежать уменьшения коэффициента усиления полезного сигнала резистор R_Э шунтиру­ется конденсатором С_Э. Этот конденсатор имеет малое сопротив­ление в диапазоне рабочих частот полезного сигнала и, следова­тельно, ООС по переменному току, таким образом, устраняется. Эффективность работы такой схемы стабилизации тем лучше, чем высокоомнее сопротивление К_э, так как в этом случае больше глубина ООС. При эмиттерной стабилизации каскад сохраняет нормальную работу при перепадах температуры порядка 70° С и изменении b_БТ транзисторов в 5 раз.

На рис. 2.6, в приведена схема комбинированной стабилизации режима. Она обеспечивает наилучшую стабильность режима, так как, по сути, является объединением схемы коллекторной и эмиттерной стабилизации. При этом транзистор оказывается охваченным комбинированной ООС как по напряжению, так и по току.

В предва­рительных усилителях могут использоваться ПТ в трех схемах включения с общим истоком, общим затвором и общим стоком. Усилительные каскады с общим затвором обладают низким входным сопротивлением, не имеют преимуществ по сравнению с каскадами на БТ и вследствие этого используются редко.

Усилительные каскады с общими истоком и стоком обладают значительно большим входным сопротивлением по сравнению с усилительными каскадами на БТ. Наилучшими усилительными свойствами обладают каскады усиления на ПТ, включенные по схеме с общим истоком. Схема такого каскада приведена на рис. 2.7. Здесь в качестве усилительного элемента используется ПТ с p-n переходом и каналом         n-типа. Усиленный входной сигнал выделяется в нагрузке R_Н, включенной в цепь стока. В цепь истока включен резистор R_И. В режиме покоя через резистор R_И протекает ток стока и создает на нем падение напряжения, являющееся напряжением смещения между затвором и истоком. Напряжение смещения необходимо для установки требуемого режима работы усилительного каскада. В цепь затвора включен резистор R₃, обеспечивающий гальваническую связь затвора с общим прово­дом. Посредством этого резистора напряжение смещения прикла­дывается ко входу транзистора: участку «затвор — исток». В рас­сматриваемом каскаде ко входному p-n переходу «затвор —исток» прикладывается запирающее напряжение смещения с резистора R_И. Поэтому транзистор обладает чрезвычайно высоким входным сопротивлением постоянному току. Практически оно определяется выбором сопротивления резистора R₃, которое может составлять 10⁵ … 10⁷ Ом, что существенно превышает входное сопротивление каскадов усиления на БТ.

Рисунок 2.7.

Для исключения влияния постоянных напряжений источни­ка сигнала и следующего каскада на режим работы рас­сматриваемого каскада используются разделительные конден­саторы С_р1 и С_р2. При подаче переменного входного на­пряжения в цепи канала появляется переменный ток стока, равный току истока (так как ток затвора практически равен нулю). За счет падения напряжения на резисторе R_И от переменной составляющей тока истока переменная составляющая напряжения u_ЗИ, уси­ливаемая транзистором, уменьшается: u_ЗИ = u_ЗИ-i_ИR_И. Следова­тельно, здесь наблюдается явление ООС, приводящее к уменьше­нию коэффициента усиления каскада. Для устранения ООС параллельно R_H включают конденсатор С_И, емкостное сопро­тивление которого на самой низкой частоте усиливаемого напряжения должно быть гораздо меньше сопротивления рези­стора R_И.

Принцип действия усилительного каскада на ПТ поясняется графиками, приведенными на рис. 2.8. В каскаде предваритель­ного усиления исходную рабочую точку А выбирают посередине рабочего участка на семействе выходных характеристик или динамической передаточной характеристики (рис. 2.9). Выбрав положение рабочей точки А, определяют сопротивление резистора R_И: R_И=U_{ЗИ А}/I_{С А}.

При подаче на вход транзистора напряжения сигнала u_вх происходит изменение тока стока, а следовательно, и выходного напряжения на нагрузке R_H: u_СИ = i_СR_H.

Основным параметром схемы является коэффициент усиления напряжения, который определяют как отношение действующих или амплитудных значений выходного и входного напряжений: К_u=U_ВЫХ/U_ВХ=U_СИ/U_ЗИ. Его можно также определить, анализируя эквивалентную схему каскада. Принципиальные схемы каскадов предварительных усилителей на БТ (см. рис. 2.3) и ПТ (см. рис. 2.7) имеют сходство. Это позволяет при рассмотрении свойств каскада предварительного усилителя на ПТ пользоваться упрощенной моделью, приведенной на рис. 2.5, в, учитывая специфические параметры ПТ: крутизну S_ПТ и дифференциальное выходное сопротивление R_i.

Рисунок 2.8.

На средних частотах влиянием С_э и С_р2 можно пренебречь. Тогда выходное переменное напряжение можно рассчитать по формуле

            ,

где R_Н.Э = R_НR_{вх сл}/(R_Н + R_ВХ.СЛ) — эквивалентное сопротивление на­грузки каскада переменному току. Учитывая, что m_П.Т = S_П.ТR_i, найдем

,

где  S_ПТ — крутизна транзистора  в рабочей точке.

При работе каскада с сопротивлением нагрузки существенно меньшим входного сопротивления следующего каскада R_ВХ.СЛ и внутреннего сопротивления транзистора, формула для расчета коэффициента усиления может быть записана в упрощенном виде:

К_u»S_ПТR_Н.

Идентичность моделей каскадов предварительного усиления на БТ и ПТ позволяет использовать выражения для анализа свойств предварительных усилителей на ПТ. Сравнивая свойства каскадов предварительного усиления на БТ и ПТ, можно отметить следующее: каскады на БТ, как правило, обладают большими значениями К_u, так как у маломощных приборов S_БТ>>S_ПТ.

Рисунок 2.9.

Что такое бета-версия BJT? Понимание коэффициента усиления по току биполярного переходного транзистора

Допустим, мы работаем с простой схемой, состоящей из биполярного транзистора npn (BJT) и пары резисторов, соединенных следующим образом:

Если вы подаете напряжение V _IN , которое достаточно велико для прямого смещения перехода база-эмиттер, ток будет течь от входной клеммы через R _B через переход BE на землю.Назовем его I _B . Ток также будет течь от источника питания 5 В через R _C , через часть коллектор-эмиттер транзистора на землю. Назовите это I _C . Предположим, что I _C достаточно мал, чтобы оставить относительно высокое напряжение на выводе коллектора — напряжение, достаточно высокое, то есть, чтобы поддерживать обратное смещение перехода база-коллектор.

Базовый ток и ток коллектора

Вы, вероятно, не удивитесь, узнав, что I _C будет значительно больше, чем I _B .Я подозреваю, что вы также имеете представление о математической связи между этими двумя токами. Слово уже выходит из глубин вашего разума, поднимаясь в сферу сознания, вызывая в воображении образы цепей и символов, уравнений и графиков, английских и греческих букв. Возможно, вы уже это прошептали. Да, бета. Этот хорошо пройденный путь, который ведет нас от I _B к I _C , ах, да, мы его хорошо знаем… или нет?

Что такое бета-версия BJT?

Кто-то может сказать, что это коэффициент усиления по току конкретного биполярного переходного транзистора, и они могут предложить β = 100 в качестве типичного значения.Это хорошее начало, но нам нужно быть более точными: бета — это коэффициент пропорциональности между током базы и током коллектора биполярного переходного транзистора, который работает в прямом активном режиме.

Так лучше, но мы еще не закончили, потому что на самом деле ситуация намного сложнее. Вопрос, который служит подзаголовком для этого раздела, немного вводит в заблуждение, потому что, если мы хотим быть технически строгими, мы действительно должны говорить о BJT beta во множественном числе.

Прежде всего, то, что мы обычно называем β, возможно, следует записать как β _F , где нижний индекс «F» указывает, что это отношение I _C к I _B в прямом активном режиме. Можно использовать BJT в активном режиме reverse , и в этом случае отношение I _C к I _B обозначается β _R. В одном из моих учебников даже предлагается бета-версия для режима насыщения. : β _{принудительный} , где «принудительный» относится к тому факту, что отношение I _C к I _B было наложено условиями внешней схемы, а не установленным транзистором.β _{принудительный} всегда меньше, чем β _F .

Малые сигналы и большие сигналы

Перед тем, как вы начали читать эту статью, вы, возможно, думали, что у транзистора есть одна бета-версия. Теперь вам знакомы три. И мы еще не закончили.

В контексте транзисторных схем термины «слабый сигнал» и «большой сигнал» просто не определяют амплитуду. Они относятся к разным аналитическим областям, и если вы не знакомы с этой концепцией, вы можете прочитать мою статью о моделях малосигнала BJT.

Когда мы устанавливаем условия смещения или используем транзистор в качестве переключателя, мы работаем в области больших сигналов постоянного тока, и транзистор имеет отношение I _C к I _B , которое идет на название β _DC . К счастью, β _DC — это то же самое, что β _F , то же самое, что и невзрачная «бета», которая часто возникает в обсуждениях BJT. Таким образом, когда мы говорим о «бета», мы (возможно, непреднамеренно) имеем в виду коэффициент пропорциональности между базовым током большого сигнала и током коллектора большого сигнала биполярного переходного транзистора, работающего в прямом активном режиме.

Я знаю, о чем вы думаете. «Если есть бета-версия для работы с большим сигналом, должна быть бета-версия для работы в режиме слабого сигнала». Верный! Бета-число 5, обозначенное β _AC , представляет собой отношение I _C к I _B для слабосигнальных величин переменного тока. Значения β _AC и β _DC для данного транзистора аналогичны, но не идентичны.

Когда бета не является β

Если вы когда-либо искали данные бета-версии BJT и наткнулись на них с пустыми руками, вы не одиноки.Производители внесли дополнительный уровень путаницы, часто используя символы h _FE и h _fe вместо β. Часть «h» происходит от слова «гибрид» и относится к подходу с параметрами h для характеристики двухпортовой сети; «F» обозначает прямое усиление, а «e» обозначает общий эмиттер.

Единственная проблема здесь — если вы не перешли непосредственно к этому разделу и не читали о бета-тестировании малых и больших сигналов! — это изучение терминологии, потому что h _FE совпадает с β _DC и h _fe совпадает с β _AC .Различные индексы в h _fe и h _FE отражают соглашение об использовании строчных букв для малых сигналов и прописных букв для больших сигналов.

Вот пример из таблицы данных для P2N2222A от ON Semiconductor:

Таблица взята из этого описания.

Заключение

Возможно, теперь вы знаете о бета-версии больше, чем когда-либо хотели. Ну, по крайней мере, это лучше, чем знать меньше, чем нужно.

Вы могли заметить что-то тревожное в этом отрывке из таблицы. Бета — это не фиксированное значение, которое меняется только при переходе от одного номера детали BJT к другому. Нисколько. На самом деле он довольно сильно варьируется в зависимости от условий эксплуатации. Ах, бета — так много изменилось с тех пор, как мы впервые встретились. В следующей статье мы исследуем изменчивость параметра, который, как мы думали, нам известен.

Как рассчитать коэффициент усиления по току общего эмиттера? — Цвета-NewYork.com

Как рассчитать коэффициент усиления по току общего эмиттера?

Схема усилителя с общим эмиттером Коэффициент усиления тока транзистора обозначается греческим символом Бета (β).Поскольку ток эмиттера для общей конфигурации эмиттера определяется как Ie = Ic + Ib, отношение Ic / Ie называется Alpha, учитывая греческий символ α. Примечание: значение Alpha всегда будет меньше единицы.

Каков коэффициент усиления по току для BJT с общим эмиттером и общей базой?

Коэффициент усиления по току усилителя с общей базой всегда меньше 1. Коэффициент усиления по напряжению является функцией входного и выходного сопротивлений, а также внутреннего сопротивления перехода эмиттер-база, которое может изменяться в зависимости от смещения постоянного тока. Напряжение.

Какова формула текущего прироста?

Коэффициент усиления по току — это отношение изменения тока коллектора к изменению тока эмиттера в транзисторе. Теперь подставьте значение изменения тока эмиттера как 5 мА и 0,99 в качестве коэффициента усиления по току в формуле α = △ Ic △ Ie, чтобы определить изменение тока коллектора в транзисторе.

Каков текущий прирост?

[′ kər · ənt ‚gān] (электроника) Доля тока, протекающего в эмиттер транзистора, который протекает через область базы и выходит из коллектора.

В чем разница между BJT и FET?

Основное различие между BJT и FET заключается в том, что в полевом транзисторе только основной заряд переносит потоки, тогда как в BJT потоки как основных, так и неосновных носителей заряда… .Разница между BJT и FET.

BJT	полевой транзистор
BJT прирост больше	Коэффициент усиления полевого транзистора меньше
Его выходной импеданс высокий из-за высокого усиления	Его выходное сопротивление низкое из-за низкого усиления

Почему FET предпочтительнее BJT?

Поскольку этот входной импеданс значительно выше, чем у BJT, полевые транзисторы предпочтительнее, чем BJT для использования в качестве входного каскада для многокаскадного усилителя.Один класс полевых транзисторов (JFET) генерирует более низкий уровень шума, чем BJT. Полевые транзисторы более устойчивы к температуре, чем биполярные транзисторы.

В чем сходство между BJT и FET?

BJT или FET используют одну и ту же категорию транзисторов. Эти транзисторы обладают как проводимостью, так и изоляцией. BJT, как и полевой транзистор, состоит из трех основных клемм. Эти транзисторы используются повсеместно в качестве основных компонентов электронных систем.

Является ли полевой транзистор биполярным?

Он имеет структуру, схожую с полевым МОП-транзистором, соединенным с биполярным основным каналом проводимости.Они обычно используются в диапазоне рабочего напряжения сток-исток 200–3000 В.

Является ли JFET биполярным?

Полевые транзисторы

представляют собой трехконтактные полупроводниковые устройства, которые можно использовать в качестве переключателей или резисторов с электронным управлением, а также для создания усилителей. В отличие от транзисторов с биполярным переходом, полевые транзисторы JFET управляются исключительно напряжением, поскольку им не нужен ток смещения… .JFET.

Конфигурация контактов	сток, затвор, исток
Электронный символ

Какой символ у полевого транзистора?

Полевые транзисторы с изолированным затвором, в том числе полевые МОП-транзисторы, имеют обозначения цепи, указывающие на изоляцию затвора.Очевидно, полевые транзисторы с двойным затвором имеют два затвора, и оба должны быть включены в символ схемы. Примечание. Обозначения схем для полевых транзисторов помечены буквами D, G и S для стока, затвора и истока.

Каковы преимущества полевого транзистора?

Преимущества полевых транзисторов

• Это устройства, управляемые напряжением с очень высоким входным сопротивлением (от 107 до 1012 Ом)
• полевые транзисторы генерируют более низкий уровень шума, чем биполярный переходный транзистор (BJT)
• полевые транзисторы более устойчивы к температуре, чем BJT.

В чем недостаток полевого транзистора?

Недостатки или недостатки полевого транзистора ➨Он имеет относительно меньшее произведение коэффициента усиления и полосы пропускания по сравнению с BJT. ➨Низкая проводимость и, следовательно, низкий коэффициент усиления по напряжению. Емкость внутреннего перехода полевого транзистора отвечает за большое время задержки. ➨Производительность полевого транзистора ухудшается с увеличением частоты.

Что лучше FET или BJT?

Это устройство большинства операторов связи. FET менее шумный по сравнению с BJT. Он больше подходит для входных каскадов усилителей низкого уровня….FET.

BJT	полевой транзистор
Низкое усиление по току	Высокий коэффициент усиления по току
Низкое входное сопротивление	Очень высокий входной импеданс
Низкое выходное сопротивление	Высокое выходное сопротивление
Средний уровень шума	Генерация с низким уровнем шума

В чем разница между МОП-транзисторами и полевыми транзисторами?

MOSFET — это особый тип полевого транзистора, затвор которого изолирован от основного токоведущего канала.Его также называют IGFET или полевым транзистором с изолированным затвором. Изоляция делает входной импеданс полевого МОП-транзистора даже выше, чем у полевого транзистора. Работа MOSFET очень похожа на FET.

Каковы преимущества Mosfet над полевым транзистором?

Ответ: Преимущества полевых МОП-транзисторов * МОП-транзисторы обеспечивают большую эффективность при работе при более низких напряжениях. * Отсутствие тока затвора приводит к высокому входному сопротивлению. * Высокая скорость переключения.

Является ли Mosfet биполярным?

В качестве альтернативы, полевой МОП-транзистор требует тока затвора только для зарядки и разрядки его емкостей, поэтому в условиях возбуждения постоянного тока ток возбуждения незначителен….MOSFET или биполярный, что вы должны использовать?

Характеристика	Транзистор биполярный	МОП-транзистор
Напряжение привода	Менее 1 В	от I.8V до I0V, в зависимости от оптимизации

Что быстрее Mosfet или JFET?

BJT может переключаться быстрее, чем MOSFET, из-за меньшей емкости на управляющем выводе. Однако MOSFET более устойчив к нагреву (устойчив к тепловым изменениям) и может имитировать хороший резистор.Итак, отвечая на ваш вопрос, «BJT может переключаться быстрее, чем MOSFET, из-за меньшей емкости на управляющем выводе».

Что символизирует Мосфет?

Линия в символе полевого МОП-транзистора между стоком (D) и истоком (S) представляет собой полупроводниковый канал транзистора. Если эта линия канала является сплошной непрерывной линией, то она представляет МОП-транзистор типа «истощение» (нормально включенный), поскольку ток стока может протекать с нулевым потенциалом смещения затвора.

Какое устройство переключения самое быстрое?

МОП-транзистор

Какие преимущества Mosfet?

Преимущества MOSFET

• МОП-транзисторы обеспечивают большую эффективность при работе при более низких напряжениях.
• Отсутствие тока затвора приводит к высокому входному сопротивлению, обеспечивающему высокую скорость переключения.
• Они работают с меньшей мощностью и не потребляют ток.

В чем недостаток Mosfet?

Недостатки полевого МОП-транзистора: короткий срок службы. Требуется повторная калибровка для точного измерения дозы. Они очень чувствительны к перегрузке по напряжению, поэтому при установке требуется особое обращение.

Почему N-канал лучше, чем P-канал Mosfet?

MOSFET с N-каналом более эффективны, чем MOSFET с P-каналом.Все сводится к физике. N-канальные полевые МОП-транзисторы используют поток электронов в качестве носителя заряда. МОП-транзисторы с P-каналом используют поток дырок в качестве носителя заряда, который имеет меньшую подвижность, чем поток электронов. Следовательно, они обладают более высоким сопротивлением и менее эффективны.

Какие два типа МОП-транзисторов?

Существует два класса полевых МОП-транзисторов. Есть режим истощения и есть режим улучшения. Каждый класс доступен как n- или p-канал, что дает в общей сложности четыре типа полевых МОП-транзисторов. Режим истощения обозначается буквой N или P, а режим улучшения — буквой N или P.

Какие основные типы МОП-транзисторов?

MOSFET подразделяется на два типа:

• MOSFET в режиме истощения.
• Режим расширения MOSFET.

Где мы используем Mosfet?

Полевые МОП-транзисторы

обычно используются в автомобильной электронике, в частности, в качестве переключающих устройств в электронных блоках управления и в качестве преобразователей энергии в современных электромобилях. Биполярный транзистор с изолированным затвором (IGBT), гибридный биполярный МОП-транзистор, также используется в самых разных приложениях.

Каков принцип работы Mosfet?

Основным принципом устройства MOSFET является возможность управления напряжением и током между выводами истока и стока. Он работает почти как переключатель, а функциональность устройства основана на МОП-конденсаторе. Конденсатор MOS является основной частью MOSFET.

Является ли МОП-транзистор транзистором?

Полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET) — это разновидность полевого транзистора (FET), который состоит из трех выводов — затвора, истока и стока.В полевом МОП-транзисторе сток управляется напряжением на выводе затвора, поэтому полевой МОП-транзистор является устройством, управляемым напряжением.

Контролируется ли ток Mosfet?

Цепи привода MOSFET. Силовой MOSFET — это устройство, управляемое напряжением. Подача положительного напряжения на затвор по отношению к истоку заставляет ток течь в сток. Снижение напряжения до нуля отключит ток стока.

Как Mosfet работает как усилитель?

Небольшое изменение напряжения затвора вызывает большое изменение тока стока, как в JFET.Этот факт делает полевой МОП-транзистор способным повышать силу слабого сигнала; таким образом действуя как усилитель. Во время положительного полупериода сигнала положительное напряжение на затворе увеличивается и вызывает усиленный режим.

Как мне проверить биполярный транзистор на усиление тока слабого сигнала на моем измерителе кривой?

Усиление тока слабого сигнала — бета-версия слабого сигнала или hfe

Что это такое:

Усиление тока слабого сигнала — это отношение изменения IC к изменению IB с заданным начальным значением IC.

На индикаторе кривой hfe проверяется путем измерения разницы в IC между двумя значениями IB. Подача коллектора приводит в движение коллектор, а шаговый генератор — базу. Генератор шагов предоставляет два значения IEB — первое для предоставления указанного начального значения IC, второе для предоставления (IC x 2). Изменение тока коллектора делится на изменение базового тока, чтобы получить значение hfe.
Что показывает дисплей:

Дисплей показывает VCE по горизонтальной оси и IC по вертикальной оси.Если шаговый генератор обеспечивает базовый привод, будут отображаться два значения IC — первое при заданном начальном значении IC и второе при (IC x 2).

Спецификация считается выполненной, когда hfe находится между указанными минимальными / максимальными пределами.

Как это сделать:

1. Установите элементы управления:

A: Максимальное пиковое напряжение на минимальное значение выше указанного VC

B: Максимальная пиковая мощность в ваттах на минимальное значение, которое удовлетворяет (IC x VC)

C: Вольт / деление по горизонтали для отображения VC между 5-м и 10-м делениями по горизонтали

D: Полярность питания коллектора к (+ DC) для NPN или (-DC) для PNP

E: Вертикальный ток / деление для отображения (IC x 2) между 5-м и 10-м вертикальными делениями

F: Конфигурация для (Base / Step Gen, Emitter / Common)

G: Step Generator to Current

H: Полярность шагового генератора для применения прямого смещения (+ для NPN), (- forPNP)

I: Step Mult.1X to On

J: Число шагов до нуля

K: Шаг / амплитуда смещения примерно до 1% указанного IC

L: Регулируемая подача коллектора до минимального% (полный против часовой стрелки)

M: Точечный курсор включен
2. Подайте питание на транзистор:

A: Установите переключатель влево / вправо соответствующим образом

B: Медленно увеличивайте переменную подачу коллектора в%, пока не будет достигнута заданная VC

3.Применить базовый привод:

A: Нажмите и удерживайте кнопку Offset Aid, пока не будет достигнуто указанное начальное значение IC, и запишите значение IB (назовите его IB1) ​​

B: Нажмите и удерживайте кнопку Offset Aid до тех пор, пока (IC x 2) достигнуто и запишите значение IB (назовите его IB2)

4. Рассчитайте hfe

Рассчитайте по формуле: (дельта IC / дельта IB)

5. Сравните с техническими данными:

Убедитесь, что hfe находится в указанных минимальных / максимальных пределах

Коэффициент усиления по току в транзисторе в режиме общей базы, класс 12, физика CBSE

Совет: Полупроводниковое устройство, используемое для усиления (как положительного, так и отрицательного) электронных сигналов, известно как транзисторы.Это трехконтактное устройство с выводами эмиттера, базы и коллектора. В основном это два типа: NPN-транзисторы и PNP-транзисторы.
В этом вопросе нам необходимо рассчитать изменение тока коллектора, при этом предполагается, что изменение тока эмиттера должно составлять 5 мА с коэффициентом усиления по току 0,99 в режиме с общей базой.

Полный пошаговый ответ:
Коэффициент усиления транзистора по току составляет 0,99, а изменение тока эмиттера составляет 5 мА.

Коэффициент усиления по току — это отношение изменения тока коллектора к изменению тока эмиттера в транзисторе. Математически $ \ alpha = \ dfrac {{\ vartriangle {I_c}}} {{\ vartriangle {I_e}}} $.

Теперь замените значение изменения тока эмиттера на 5 мА и 0,99 в качестве усиления по току в формуле $ \ alpha = \ dfrac {{\ vartriangle {I_c}}} {{\ vartriangle {I_e}}} $ для определения изменения коллекторного тока транзистора.

$
\ alpha = \ dfrac {{\ vartriangle {I_c}}} {{\ vartriangle {I_e}}} \\
0.99 = \ dfrac {{\ vartriangle {I_c}}} {{5 {\ text {mA}}}} — — — — (i) \\
$

Перекрестное умножение членов в уравнении (i) как:

$
\ vartriangle {I_c} = 0.99 \ times 5 {\ text {mA}} \\
= 4.95 {\ text {mA}} \\
$

Следовательно, необходимое изменение тока коллектора для изменения ток эмиттера на 5 мА при усилении тока в транзисторе в режиме общей базы 0,99 составляет 4,95 мА.

Итак, правильный ответ — «Вариант В».

Примечание:
Учащиеся должны убедиться, что в формуле коэффициента усиления по току используют изменение тока коллектора и эмиттера, а не суммарный или мгновенный токи.нам нужно использовать формулу для коэффициента усиления по току, который представляет собой отношение изменения тока коллектора к изменению тока эмиттера.

Текущий прирост | SpringerLink

Часть Прикладная физика и инженерия серия книг (APPLIED PHYS, том 12)

Резюме

Функциональная зависимость коэффициента усиления по току от тока до включения SCR определяется из теоретических соображений в несколько идеализированных условиях.

Транспортные факторы в обеих базах устройств являются функциями электрических полей и диффузии. Внутреннее поле в базе n зависит от величины протекающего тока; следовательно, коэффициент переноса сильно зависит от тока. Поле в базе p имеет примерно постоянное значение, поэтому коэффициент переноса в определенных пределах не зависит от текущего уровня.

Из-за наличия токов генерации рекомбинации на n-эмиттере (катоде) и p-эмиттере (аноде), КПД эмиттера при малых токах, возникающих до включения, сильно зависит от тока и увеличивается с увеличением увеличение плотности тока.

Если SCR рассматривается перед включением как npn-транзистор с так называемым коллектором-крючком, то можно экспериментально определить значения усиления по току как npn-, так и pnp-транзисторов, используя только три доступных SCR терминалы.

Ключевые слова

Ширина базы Коэффициент усиления по току Эффективность эмиттера Транспортный коэффициент Истощение Ширина слоя

Эти ключевые слова были добавлены машиной, а не авторами. Это экспериментальный процесс, и ключевые слова могут обновляться по мере улучшения алгоритма обучения.

Это предварительный просмотр содержимого подписки,

войдите в

, чтобы проверить доступ.

Предварительный просмотр

Невозможно отобразить предварительный просмотр. Скачать превью PDF.

Список литературы

1. 2,1

   Э. С. Янг и Н. Э. Вулгарис. Об изменении альфы слабого сигнала pnpn-устройства с током. В

   Твердотельная электроника

   , Vol. 10. Pergamon Press, Oxford, England: 1967, стр. 641–648.

   Google Scholar

2. 2.2

   К. Т. Сах, Р. Н. Нойс и У. Шокли. Генерация и рекомбинация носителей в p-n-переходах и характеристики p-n-переходов.

   Proc. IRE, 45

   : 1228, 1957.

   CrossRefGoogle Scholar

Информация об авторских правах

© Springer-Verlag New York Inc. 1976

Авторы и аффилированные лица

1. 1.RCA Corp.USA
2. 2. Дополнительные устройства и Департамент приложений Solid State Technology Center, Сомервилль, США,
,

,

, Дарлингтон, текущий прирост — 2N3904Blog

Транзистор Дарлингтона состоит из двух каскадных биполярных транзисторов, расположенных таким образом, что коэффициент усиления прямого тока первого транзистора умножается на второй.Схема расположения транзистора Дарлингтона PNP показана на рисунке ниже.

Пунктирным контуром показано образование одного pnp-транзистора суперн-бета. Отметим, что транзистор Q2 является предварительным драйвером транзистора Q1. Чтобы оценить полное усиление прямого постоянного тока пары Дарлингтона, мы начинаем с применения KCL на каждом из выводов как,

$$ I_C = I_ {C1} + I_ {C2} $$

$$ I_E = I_ {E1} $$

$$ I_B = I_ {B2} $$

Тогда коэффициент усиления по прямому току схемы Дарлингтона равен

.

\ begin {align *}
\ beta & = \ dfrac {I_C} {I_B} \\
& = \ dfrac {I_ {C1} + I_ {C2}} {I_ {B2}} \\
& = \ dfrac {\ beta_1 I_ {B1} + \ beta_2 I_ {B2}} {I_ {B2}} \\
& = \ dfrac {\ beta_1 I_ {E2} + \ beta_2 I_ {B2}} {I_ {B2}} \\
\ end {align *}

Ток эмиттера Q2 составляет,

$$ I_ {E2} = I_ {B2} + \ beta_2 I_ {B2} = (1+ \ beta_2) I_ {B2} $$

Подстановка обратно в отношение бета дает,

\ begin {align *}
\ beta & = \ dfrac {\ beta_1 (1+ \ beta_2) I_ {B2} + \ beta_2 I_ {B2}} {I_ {B2}} \\
\ beta & = \ beta_1 \ beta_2 + \ beta_1 + \ beta_2 \\
\ end {align *}

Для \ (\ beta_1 >> 1 \) и \ (\ beta_2 >> 1 \) усиление прямого постоянного тока упрощается до

$$ \ beta \ simeq \ beta_1 \ beta_2 $$

Следовательно, пара Дарлингтона ведет себя так же, как одиночный биполярный транзистор с соотношением

$$ I_C = \ beta I_B $$

Измерительная установка

Типовая схема транзистора Дарлингтона состоит из MPS4250 в качестве предварительного драйвера и силового транзистора MJE15029.Соответствующие спецификации компонентов следующие:

MPS4250: \ (\ beta = 450 \), \ (V_ {cemax} = 40 \ text {VDC} \)

MJE15029: \ (\ beta = 150 \), \ (V_ {cemax} = 120 \ text {VDC} \)

Схема испытательной установки показана на рисунке ниже.

Транзисторы Q1 и Q2 образуют транзистор Дарлингтона, потенциал эмиттера которого привязан к настольному источнику питания \ (V_S1 \). Базовый ток создается путем смещения последовательного резистора \ (R_B \) с потенциалом ниже \ (V_E \) настольным источником питания \ (V_ {s2} \).Поскольку ожидается, что ток базы будет ниже 1 мкА, ток базы измеряется также с использованием резистора смещения \ (R_B \) в качестве токового шунтирующего резистора. Шунт базового тока измеряется вольтметром \ (V_m1 \) при настройке на входное сопротивление hi-z.

Амперметр \ (A_ {m1} \) использует внутренний токовый шунтирующий резистор 5 \ (\ Omega \) для шкал измерения 10 мА и 100 мА. Тогда потенциал в \ (V_C \) равен

$$ V_C = R_ {Am1} I_C = 5 I_C $$

При полномасштабном испытательном токе 100 мА \ (V_C \) возрастает до 500 мВ и, следовательно, \ (V_ {CE} \) ИУ снижается до

$$ V_ {CE} = V_C — V_E = -V_ {s1} + 5I_C $$

Настольный источник питания \ (V_ {s2} \) программно изменяется от 0 до 12 В постоянного тока, что, в свою очередь, изменяет базовый ток от 0 нА до приблизительно 1 мкА.С точной цифрой, определяемой вольтметром \ (V_ {m1} \). Результирующий ток коллектора измеряется амперметром \ (A_ {m1} \). Процесс повторяется для напряжений смещения 4 \ (V_ {CE} \).

Результаты измерений

Базовый и коллекторный токи для 4 участков смещения {V_CE} показаны на рисунке ниже.

Примерно говоря, при базовом токе 1 мкА ток коллектора колеблется от 70 мА до 120 мА, в зависимости от \ (V_ {CE} \) и температуры перехода.

График зависимости коэффициента усиления прямого тока \ (\ beta \) от тока коллектора показан на рисунке ниже.

Мы можем отметить, что текущий коэффициент усиления является функцией \ (I_C \), \ (V_ {CE} \) и \ (T_J \).

Сильноточный транзисторный лазер с усилением

Структура прибора

Для исследования использовались длинноволновые устройства на основе материала InP. На рисунке 1 показана структура предлагаемого a-TL, который включает подложку n-InP (1 × 10 ¹⁸ см ⁻³ ), нелегированный четвертичный InGaAsP 50 нм с длиной волны излучения 1,2 мкм (1,2Q) в виде коллекторный слой, 100 нм p-легированный 1.Базовый слой 2Q (5 × 10 ¹⁸ см ⁻³ ). Во внешних частях эмиттерного гребня слой InP, легированный n-примесью, расположен над базовым слоем. Как будет показано ниже, слой InP образует текущую апертуру в центре эмиттерного гребня только для отверстий. Как показано на рис. 1, ширина слоя n-InP и полуширина апертуры обозначены как W _r и W _a соответственно. Между слоем n-InP и слоем MQW вставлен нелегированный слой 1,2Q толщиной 30 нм. В области w _a весь материал между базовым слоем и МКЯ нелегирован 1.2 кв. Верхний слой эмиттерного гребня представляет собой слой n-InP размером 1500 нм (1 × 10 ¹⁸ см ⁻³ ). В исследовании параметры по умолчанию a-TL следующие: Толщина и уровень легирования слоя n-InP составляют 30 нм и 1 × 10 ¹⁸ см ⁻³ соответственно. W _r = 2 мкм и W _a = 1 мкм. Расстояние между краем базового контакта и выступом эмиттера составляет 1,0 мкм. Длина устройства 300 мкм. Фасетное отражение устройства установлено на 30 процентов.Все модели, представленные здесь, выполнены в режиме общего эмиттера (CE) ЛЭП с напряжением смещения коллектор-эмиттер (V _CE ) 5 В. Для сравнения, свойства ЛЭП с глубоким выступом ^14,15 , где W _r = 0 мкм.

Рисунок 1

Схематическая структура предлагаемого a-TL.

Показана только половина конструкции.

Сильнотоковое усиление a-TL

На рисунке 2 (a, b) показано усиление тока в режиме CE и мощность света как функция тока базы для различных типов TL.По сравнению с a-TL, TL с глубоким гребнем имеет относительно меньший пороговый ток из-за лучшего удержания как света, так и тока в структуре устройства. Коэффициент усиления по току глубокого гребня TL сначала увеличивается до 9,3 при пороговом токе, а затем уменьшается примерно до 3,5 при дальнейшем увеличении базового тока. В отличие от низкого усиления по току глубокого гребня TL, как показано на рис. 2 (a), максимальное усиление по току (при пороговом токе 6 мА) a-TL с параметрами по умолчанию составляет 70.5, что в 7,5 раз больше, чем у глубокого гребня TL. Когда базовый ток находится в диапазоне от 6 до 25 мА, коэффициент усиления по току a-TL остается больше, чем у TL с глубоким гребнем, более чем в десять раз при том же базовом токе. В то же время разница в мощности света между двумя видами ЛЭП относительно невелика. Например, световая мощность a-TL при базовом токе 33 мА составляет 6,4 мВт, что всего в 1,8 раза меньше, чем у TL с глубоким гребнем при том же базовом токе.Из рис. 2 (а) можно заметить, что после генерации для обоих типов устройств наблюдается сжатие усиления, что типично для ЛЭП и является результатом потребления носителей лазерным излучением ² .

Рис. 2

Коэффициент усиления тока в режиме CE ( a ) и мощность света ( b ) как функция тока базы для различных типов TL. На рисунках линия a-TL предназначена для устройства с параметрами по умолчанию, линия a-TL с 1,2Q — для устройства, в котором уровень n-InP заменен на уровень n-1.2Q, линия a-TL с n-MQW предназначена для устройства, в котором слой 1.2Q и MQW над слоем n-InP легированы n-типом с концентрацией 5 × 10 ¹⁷ / см ³ .

Высокий коэффициент усиления по току a-TL является результатом блокировки потока только дырок между базой и эмиттером слоем n-InP. Во время лазерной работы a-TL соединение BE устройства смещено в прямом направлении. Полосная диаграмма в центральной (W _a ) области a-TL, где нет n-InP, показана на рис.3 (а). Как видно, зонная диаграмма над коллектором аналогична диаграмме нормального диодного лазера. Лазерное излучение создается рекомбинацией дырок, инжектированных из базового слоя, с электронами из эмиттерного слоя в МКЯ. Однако зонная диаграмма a-TL в области W _r эмиттерного гребня заметно отличается из-за наличия слоя n-InP. Как видно из рис. 3 (b), верхняя часть слоя n-InP и часть нелегированного материала 1.2Q над слоем n-InP обеднены.Электроны в МКЯ, инжектированные из эмиттера, диффундируют в обедненную область, а затем увлекаются электрическим полем в этой области в направлении базы, прежде чем они инжектируются в базовый слой. Однако поток дырок из базового слоя в МКЯ эффективно блокируется энергетическим барьером в валентной полосе между базой 1.2Q и слоем n-InP.

Рисунок 3

Зонные диаграммы в области W _a ( a ) и области W _r ( b ), дырочного тока в поперечном сечении ( e ) и тока электронов ( f ). ) распределения a-TL с параметрами по умолчанию при базовом токе 25 мА.( c, d ) — диаграммы зон в W _{, области} и области W _r , соответственно, a-TL, в котором слои 1.2Q и MQW над слоем n-InP легированы n-типом. с концентрацией 5 × 10 ¹⁷ / см ³ .

Распределения дырочного и электронного тока в поперечном сечении показаны на рис. 3 (д, е) соответственно. Как можно видеть, в то время как электроны могут течь от эмиттера к базе в областях W _a и W _r , поток дырочного тока ограничен только в области W _a , образуя токовую апертуру для только отверстия в центре выступа эмиттера с помощью слоя n-InP.Большинство дырок, протекающих через апертуру, излучательно рекомбинируют с электронами в МКЯ. В областях W _r эмиттера доля электронов, потребляемых излучательной рекомбинацией, намного меньше, чем в области W _a из-за отсутствия дырок. При том же напряжении смещения БЭ количество электронов, инжектируемых из эмиттера в базу, заметно увеличивается по сравнению со случаем ТЛ с глубоким выступом, что приводит к увеличению коэффициента усиления по току.Чем больше электронов присутствует в базовой области, тем больше из них диффундирует к контакту базы, увеличивая долю электронного тока в общем базовом токе ¹¹ . Поскольку электронный ток не вносит вклад в лазерное излучение, дифференциальная эффективность a-TL ниже, чем у TL с глубоким выступом, и изменяется в зависимости от тока базы, как показано на рис. 2 (b).

Влияние параметров устройства на свойства a-TL

Энергетический барьер в валентной полосе, который формируется из-за разрыва полосы между InP и 1.Материал 2Q имеет решающее значение для высокого усиления a-TL. Также изучается устройство a-TL со всеми теми же параметрами по умолчанию, но n-InP заменен на n-1.2Q. Как показано на рис. 2, несмотря на незначительное изменение мощности света, коэффициент усиления по току заметно снижается с 70 до 15 при базовом токе 5 мА. В реальном устройстве слои 1.2Q и MQW над слоем n-InP могут иметь легирование n-типа даже без намеренного добавления примеси n-типа. Диаграммы полос в областях W _a и W _r a-TL с легированием n-типа в слоях, уровень которого достигает 5 × 10 ¹⁷ / см ³ , показаны на Инжир.3 (в, г) соответственно. Как можно видеть, из-за легирования всплеск зоны проводимости между слоем n-InP и слоем 1.2Q увеличивается по сравнению с отсутствием легирования. Несмотря на этот более высокий всплеск, коэффициент усиления по току увеличивается и составляет 95 при базовом токе 5 мА, как показано на рис. 2 (а). Легирование N-типа в слоях 1.2Q и MQW увеличивает количество электронов, которые могут быть собраны базовым слоем, что противодействует эффектам более высокого выброса.

Характеристики усиления по току и световой мощности a-TL, содержащих слои n-InP с разной концентрацией легирования, показаны на рис.4 (а, б) соответственно. Как видно, коэффициент усиления по току устройства при базовом токе 5 мА значительно увеличивается с 3,5 до 125,2, когда уровень легирования слоя n-InP изменяется от 0,1 до 3 × 10 ¹⁸ / см ³ . Диаграммы полос в областях W _a и W _r эмиттерного гребня a-TL, имеющего слой n-InP с легированием 0,1 × 10 ¹⁸ / см ³ , показаны на рис. , е) соответственно. Диаграмма в области W _a аналогична диаграмме a-TL со слоем n-InP, имеющим концентрацию легирования 1 × 10 ¹⁸ см ⁻³ .Напротив, диаграмма в области W _r отличается, потому что истощен только слой InP. Помимо энергетического барьера в валансной зоне, существует также энергетический барьер в зоне проводимости, как показано на рис. 4 (f). Таким образом, поток электронов и дырок между базой и эмиттером блокируется, что приводит к уменьшению усиления по току с уменьшением уровня легирования в слое n-InP. Более высокий коэффициент усиления по току соответствует большему количеству электронов, инжектированных из эмиттера в базовый слой, что увеличит количество электронов, собираемых базовым контактом, что приведет к уменьшению крутизны наклона светового излучения с уровнем легирования как как видно из рис.4 (б).

Рисунок 4

Характеристики усиления по току ( a, c ) и световой мощности ( b, d ) для a-TL, имеющих слои n-InP с различными концентрациями легирования, которые составляют 0,1, 1, 2 и 3 × 10 ¹⁸ / см ³ соответственно. Диаграммы зон в области a-TL W _a и W _r с легированием 0,1 × 10 ¹⁸ / см ³ в слое n-InP показаны в (e, f ). ( a, b, e, f ) — ЛЭП без дефектов.( c, d ) представляют собой ТЛ с 1 × 10 ⁶ см • с ⁻¹ скоростью поверхностной рекомбинации на боковых стенках МКЯ.

Как показано на рис. 5 (a), когда W _r увеличивается с 0,5 мкм до 3,5 мкм, коэффициент усиления по току при базовом токе 5 мА увеличивается с 7,7 до 143,3, что более чем в 15 раз больше, чем у наибольшего усиление глубокого гребня ТЛ. Световая мощность a-TL с W _r = 3,5 составляет 2,8 мВт при базовом токе 25 мА. Наклонная эффективность (не показана) светового излучения уменьшается с увеличением тока, что аналогично тенденции, показанной на рис.4. Для таких приложений, как монолитная интеграция лазера с транзисторами, световое излучение может вообще не потребоваться, когда a-TL используется в качестве транзистора для усиления тока. Таким образом, W _r можно установить равным 0 мкм. В таком случае коэффициент усиления по току устройства может быть более 500 при базовом токе 5 мА, как показано на рис. 5 (b), что помогает получить высокопроизводительные интегрированные устройства. Толщина слоя n-InP также варьируется от 10 нм до 40 нм. При базовом токе 5 мА коэффициент усиления по току увеличивается с толщиной от 54.От 6 до 70, когда оно меньше 30 нм. Никакого видимого изменения коэффициента усиления по току не наблюдается при дальнейшем увеличении толщины слоя InP до 40 нм.

Рисунок 5

( a ) Влияние W _r на текущий коэффициент усиления a-TL, W _r на рисунке составляет 0,5, 1,0, 2,0, 3,0 и 3,5 мкм соответственно. ( b ) коэффициент усиления по току a-TL с W _a = 0.

Свойства a-TL с дефектами на боковых стенках эмиттера

При наличии дефектов на боковых стенках выступа эмиттера свойства глубоких гребневых TLs серьезно ухудшаются из-за потребления носителей безызлучательной рекомбинацией ¹⁶ .Чтобы учесть центры безызлучательной рекомбинации, скорость поверхностной рекомбинации на поверхности экспонированных МКЯ установлена ​​как 1 × 10 ⁶ см • с ^-1 для поверхности, например, сразу после сухого травления. Наше моделирование показывает, что пороговый ток TL с глубоким гребнем значительно увеличивается и превышает 1000 мА, а коэффициент усиления по току уменьшается до менее 0,03 при базовом токе около 5 мА. Как видно из рис. 4 (c, d), еще одним интересным моментом a-TL является то, что эффекты безызлучательной рекомбинации на дефектах могут быть значительно уменьшены.Даже при такой очень высокой скорости поверхностной рекомбинации пороговые токи a-TL составляют всего около 10 мА.