Thực đơn
trang chủẢnh và video

Mạch kết nối với một bộ phát chung. Các mạch cơ bản để kết nối bóng bán dẫn

Bộ khuếch đại bộ phát chung từng là mạch cơ bản của tất cả các thiết bị khuếch đại.

Trong bài viết trước chúng ta đã nói về mạch phân cực bán dẫn đơn giản nhất. Sơ đồ này (hình bên dưới) phụ thuộc vào , và đến lượt nó lại phụ thuộc vào nhiệt độ, điều này không tốt. Kết quả là sự biến dạng của tín hiệu khuếch đại có thể xuất hiện ở đầu ra của mạch.

Để ngăn điều này xảy ra, một vài điện trở nữa được thêm vào mạch này và kết quả là một mạch có 4 điện trở:


Hãy gọi điện trở giữa đế và bộ phát R bae, và điện trở nối với bộ phát sẽ được gọi là R ừ. Tất nhiên, bây giờ câu hỏi chính là: “Tại sao chúng lại cần thiết trong mạch điện?”

Có lẽ hãy bắt đầu với R ừ.

Như bạn nhớ, nó không có trong sơ đồ trước đó. Vì vậy, hãy giả sử rằng dọc theo mạch + Upit—->R tới -->—> bộ thu—> bộ phát—>R e —-> nối đất dòng điện chạy với lực vài miliampe (nếu bạn không tính đến dòng điện cơ sở nhỏ, vì Tôi e = Tôi k + Tôi b) Nói một cách đại khái, chúng ta có chuỗi sau:

Do đó, chúng ta sẽ có hiện tượng sụt áp trên mỗi điện trở. Giá trị của nó sẽ phụ thuộc vào dòng điện trong mạch, cũng như giá trị của chính điện trở.

Hãy đơn giản hóa sơ đồ một chút:

Rke là điện trở của tiếp giáp cực thu - cực phát. Như bạn đã biết, nó chủ yếu phụ thuộc vào dòng cơ sở.

Kết quả là chúng ta có được một bộ chia điện áp đơn giản, trong đó


Chúng tôi thấy rằng trên bộ phát đã có SẼ KHÔNGđiện áp về 0 volt, như trường hợp trong mạch trước. Điện áp ở bộ phát sẽ bằng điện áp rơi trên điện trở Nốt Rê.

Điện áp rơi trên là gì Nốt Rê? Hãy nhớ định luật Ôm và tính:

Như chúng ta có thể thấy từ công thức, điện áp tại bộ phát sẽ bằng tích của dòng điện trong mạch và giá trị điện trở của điện trở Nốt Rê. Điều này dường như đã được sắp xếp ra. Chúng ta sẽ xem tại sao tất cả sự ồn ào này lại thấp hơn một chút.

Điện trở có chức năng gì? R b Và R bae?


Hai điện trở này lại là một bộ chia điện áp đơn giản. Họ đặt một điện áp nhất định cho đế, điện áp này sẽ thay đổi nếu thay đổi +Upit, điều này cực kỳ hiếm khi xảy ra. Trong các trường hợp khác, điện áp ở chân đế sẽ chết.

Hãy quay trở lại Nốt Rê.

Hóa ra anh ta đóng vai trò quan trọng nhất trong kế hoạch này.

Giả sử rằng do bóng bán dẫn nóng lên, dòng điện trong mạch này bắt đầu tăng.

Bây giờ chúng ta hãy xem điều gì xảy ra sau từng bước này.

a) nếu dòng điện trong mạch này tăng thì điện áp rơi trên điện trở cũng tăng Nốt Rê.

b) Độ sụt điện áp trên điện trở Nốt Rê- đây là điện áp ở bộ phát bạn. Vì vậy, do cường độ dòng điện trong mạch tăng bạn nó đã lớn hơn một chút.

c) ở chân đế chúng ta có điện áp cố định bạnđược hình thành bởi một bộ chia điện trở R b Và R bae

d) Điện áp giữa cực gốc và cực phát được tính theo công thức U be = U b - U e. Kể từ đây, bạn yêu sẽ trở nên nhỏ hơn bởi vì bạn tăng do dòng điện tăng, tăng do bóng bán dẫn nóng lên.

đ) Một lần bạn yêu giảm, có nghĩa là cường độ hiện tại tôi b, đi qua cực phát cũng giảm.

f) Suy ra từ công thức dưới đây tôi

Tôi k =β x tôi b

Do đó, khi dòng cơ sở giảm thì dòng thu cũng giảm;-) Chế độ hoạt động của mạch trở về trạng thái ban đầu. Kết quả là chúng ta có một mạch có phản hồi âm, được phát bởi một điện trở R ừ. Nhìn về phía trước, tôi sẽ nói rằng VỀ tiêu cực VỀ như anh em VỚI Dây nối (OOS) ổn định mạch điện, còn cực dương thì ngược lại, dẫn đến sự hỗn loạn hoàn toàn, nhưng đôi khi cũng được sử dụng trong điện tử.

Tính toán tầng khuếch đại


1) Trước hết, chúng tôi tìm thấy từ bảng dữ liệu mức tiêu tán công suất tối đa cho phép mà bóng bán dẫn có thể tiêu tán ra môi trường. Đối với bóng bán dẫn của tôi, giá trị này là 150 milliWatts. Chúng tôi sẽ không vắt hết năng lượng ra khỏi bóng bán dẫn của mình, vì vậy chúng tôi sẽ giảm mức tiêu tán năng lượng bằng cách nhân với hệ số 0,8:

Cuộc đua P = 150x0,8 = 120 miliwatt.

2) Xác định điện áp trên bạn thích. Nó phải bằng một nửa điện áp Upit.

Uke = Upit / 2 = 12/2 = 6 Vôn.

3) Xác định dòng thu:

I k = P race / U k e = 120 × 10 -3 / 6 = 20 milliamp.

4) Vì một nửa điện áp đã giảm ở bộ thu-phát bạn thích, thì một nửa nữa sẽ rơi vào các điện trở. Trong trường hợp của chúng tôi, 6 Vôn rơi trên các điện trở R đến Và Nốt Rê. Đó là, chúng tôi nhận được:

R k + R e = (Upit/2)/I k = 6/20x10 -3 = 300 Ohm.

R đến + R e = 300, MỘT R k =10R e, bởi vì K U = R k / R e và chúng tôi đã lấy KU =10 ,

sau đó chúng ta thực hiện một phương trình nhỏ:

10R e + R e = 300

11R e = 300

R e = 300/11 = 27 Ohm

Rk = 27x10=270 Ôm

5) Xác định dòng cơ sở tôi căn cứ từ công thức:

Chúng tôi đã đo hệ số beta trong ví dụ trước. Chúng tôi đã nhận được khoảng 140.


Có nghĩa,

I b = I k / β = 20x10 -3 /140 = 0,14 milliamp

6) Dòng điện phân áp Tôi trường hợp, tạo thành bởi điện trở R b Và R bae, thường được chọn lớn hơn 10 lần so với dòng cơ sở tôi b:

I div = 10I b = 10x0,14 = 1,4 milliamp.

7) Tìm điện áp tại bộ phát bằng công thức:

U e = I đến R e = 20x10 -3 x 27 = 0,54 Vôn

8) Xác định điện áp ở chân đế:

U b = U b e + U ừ

Hãy lấy mức trung bình của độ sụt điện áp cực phát U = 0,66 Vôn. Như bạn còn nhớ, đây là hiện tượng sụt áp trên đường giao nhau P-N.

Kể từ đây, U b = 0,66 + 0,54 = 1,2 Vôn. Đây chính xác là điện áp hiện có tại cơ sở của chúng tôi.

9) Bây giờ, khi biết điện áp ở chân đế (nó bằng 1,2 Vôn), chúng ta có thể tự tính ra giá trị của các điện trở.

Để dễ tính toán, tôi đính kèm một phần sơ đồ tầng:

Vì vậy từ đây chúng ta cần tìm các giá trị điện trở. Từ công thức định luật Ohm ta tính được giá trị của từng điện trở.

Để thuận tiện, chúng ta hãy giảm điện áp R b gọi điện bạn 1, và điện áp rơi là R bae sẽ bạn 2.

Sử dụng định luật Ohm, chúng ta tìm được giá trị điện trở của từng điện trở.

R b = U 1 / I div = 10,8 / 1,4x10 -3 = 7,7 KiloOhm. Chúng tôi lấy 8,2 KiloOhm từ hàng gần nhất

R be = U 2 / I div = 1,2 / 1,4x10 -3 = 860 Ohm. Chúng tôi lấy 820 Ohm từ chuỗi.

Kết quả trên sơ đồ chúng ta sẽ có các mệnh giá sau:


Kiểm tra hoạt động của mạch trong phần cứng

Bạn sẽ không hài lòng chỉ với lý thuyết và tính toán, vì vậy chúng tôi đã kết hợp một mạch điện trong đời thực và kiểm tra nó trong thực tế. Tôi có sơ đồ này:


Vì vậy, tôi lấy của tôi và gắn đầu dò vào đầu vào và đầu ra của mạch. Dạng sóng màu đỏ là tín hiệu đầu vào, dạng sóng màu vàng là tín hiệu khuếch đại đầu ra.

Trước hết, tôi áp dụng tín hiệu hình sin bằng bộ tạo tần số Trung Quốc của mình:


Như bạn có thể thấy, tín hiệu đã khuếch đại gần 10 lần, như mong đợi, vì hệ số khuếch đại của chúng tôi bằng 10. Như tôi đã nói, tín hiệu khuếch đại trong mạch OE ở trạng thái ngược pha, tức là dịch chuyển 180 độ.

Hãy đưa ra một tín hiệu tam giác khác:


Có vẻ như đang ù ù. Nếu bạn nhìn kỹ, có một chút biến dạng. Tính phi tuyến của đặc tính đầu vào của bóng bán dẫn được cảm nhận rõ ràng.

Nếu bạn nhớ lại biểu đồ dao động của một mạch có hai điện trở

thì bạn có thể thấy sự khác biệt đáng kể trong mức tăng của tín hiệu tam giác


Phần kết luận

Mạch với OE được sử dụng phổ biến nhất trong thời kỳ đỉnh cao của sự phổ biến của bóng bán dẫn lưỡng cực. Và có một lời giải thích cho điều này:

Trước hết, mạch này khuếch đại cả dòng điện và điện áp, và do đó khuếch đại công suất, vì P=Giao diện người dùng.

Thứ hai, trở kháng đầu vào của nó lớn hơn nhiều so với trở kháng đầu ra, làm cho mạch này trở thành tải công suất thấp tuyệt vời và là nguồn tín hiệu tuyệt vời cho các tải theo sau nó.

Vâng, bây giờ một số nhược điểm:

1) mạch tiêu thụ một dòng điện nhỏ khi ở chế độ chờ. Điều này có nghĩa là việc cung cấp năng lượng cho nó bằng pin trong thời gian dài là vô nghĩa.

2) nó đã lỗi thời về mặt đạo đức trong thời đại vi điện tử của chúng ta. Để lắp ráp một bộ khuếch đại, việc mua một vi mạch làm sẵn và chế tạo nó dựa trên nó sẽ dễ dàng hơn

Là tranzito lưỡng cực. Các mạch chuyển mạch phụ thuộc vào loại độ dẫn điện của chúng (lỗ hoặc điện tử) và chức năng mà chúng thực hiện.

Phân loại

Transistor được chia thành các nhóm:

  1. Theo vật liệu: gali arsenide và silicon thường được sử dụng nhiều nhất.
  2. Theo tần số tín hiệu: thấp (lên đến 3 MHz), trung bình (lên đến 30 MHz), cao (lên đến 300 MHz), cực cao (trên 300 MHz).
  3. Theo công suất tiêu tán tối đa: lên tới 0,3 W, lên tới 3 W, hơn 3 W.
  4. Theo loại thiết bị: ba lớp bán dẫn được kết nối với nhau với những thay đổi xen kẽ trong phương pháp dẫn tạp chất trực tiếp và ngược lại.

Transistor hoạt động như thế nào?

Các lớp bên ngoài và bên trong của bóng bán dẫn được kết nối với các điện cực cung cấp, lần lượt được gọi là bộ phát, bộ thu và đế.

Bộ phát và bộ thu không khác nhau về loại độ dẫn điện, nhưng mức độ pha tạp tạp chất ở bộ thu sau thấp hơn nhiều. Điều này đảm bảo tăng điện áp đầu ra cho phép.

Lớp nền là lớp giữa, có điện trở cao vì nó được làm bằng chất bán dẫn pha tạp nhẹ. Nó có diện tích tiếp xúc đáng kể với bộ thu, giúp cải thiện việc loại bỏ nhiệt sinh ra do sự phân cực ngược của mối nối, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho sự đi qua của các chất mang thiểu số - electron. Mặc dù các lớp chuyển tiếp dựa trên cùng một nguyên tắc nhưng bóng bán dẫn là một thiết bị không đối xứng. Khi thay đổi vị trí của các lớp bên ngoài có cùng độ dẫn điện thì không thể thu được các thông số tương tự của thiết bị bán dẫn.

Mạch chuyển mạch có khả năng duy trì nó ở hai trạng thái: nó có thể mở hoặc đóng. Ở chế độ hoạt động, khi bóng bán dẫn bật, độ lệch bộ phát của đường giao nhau được thực hiện theo hướng thuận. Để xem xét điều này một cách trực quan, ví dụ, trên một triode bán dẫn n-p-n, điện áp phải được đặt vào nó từ các nguồn, như thể hiện trong hình bên dưới.

Ranh giới tại điểm nối bộ thu thứ hai được đóng lại và không có dòng điện nào chạy qua nó. Nhưng trên thực tế, điều ngược lại xảy ra do các quá trình chuyển đổi ở rất gần nhau và ảnh hưởng lẫn nhau của chúng. Vì điểm trừ của pin được kết nối với bộ phát, nên mối nối mở cho phép các electron đi vào vùng cơ sở, nơi chúng kết hợp lại một phần với các lỗ - chất mang đa số. Dòng điện cơ sở Ib được hình thành. Nó càng mạnh thì dòng điện đầu ra càng lớn. Các bộ khuếch đại sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực hoạt động theo nguyên lý này.

Chỉ có chuyển động khuếch tán của các electron xảy ra qua đáy vì không có tác dụng của điện trường ở đó. Do độ dày của lớp (micron) không đáng kể và kích thước lớn của các hạt tích điện âm nên hầu như tất cả chúng đều rơi vào vùng thu, mặc dù điện trở bazơ khá cao. Ở đó, chúng bị hút vào bởi điện trường của quá trình chuyển đổi, điều này thúc đẩy sự chuyển dịch tích cực của chúng. Dòng điện cực thu và cực phát gần như bằng nhau, nếu chúng ta bỏ qua sự mất đi một chút điện tích do tái hợp ở cực gốc: I e = I b + I c.

Thông số bóng bán dẫn

  1. Hệ số khuếch đại cho điện áp U eq /U be và dòng điện: β = I đến /I b (giá trị thực tế). Thông thường, hệ số β không vượt quá 300 nhưng có thể đạt tới 800 hoặc cao hơn.
  2. Trở kháng đầu vào.
  3. Đáp ứng tần số là hiệu suất của một bóng bán dẫn ở một tần số nhất định, trên tần số đó các quá trình nhất thời trong nó không theo kịp những thay đổi trong tín hiệu được cung cấp.

Transitor lưỡng cực: mạch chuyển mạch, chế độ hoạt động

Các chế độ hoạt động khác nhau tùy thuộc vào cách lắp ráp mạch. Tín hiệu phải được cấp và loại bỏ tại hai điểm cho mỗi trường hợp và chỉ có ba thiết bị đầu cuối. Theo đó, một điện cực phải đồng thời thuộc về đầu vào và đầu ra. Đây là cách bật bất kỳ bóng bán dẫn lưỡng cực nào. Sơ đồ chuyển mạch: OB, OE và OK.

1. Sơ đồ OK

Mạch kết nối với bộ thu chung: tín hiệu được cung cấp cho điện trở R L, điện trở này cũng có trong mạch thu. Kết nối này được gọi là mạch thu chung.

Tùy chọn này chỉ tạo ra mức tăng hiện tại. Ưu điểm của bộ theo dõi bộ phát là tạo ra điện trở đầu vào cao (10-500 kOhm), cho phép kết hợp các giai đoạn một cách thuận tiện.

2. Sơ đồ với OB

Mạch kết nối cho bóng bán dẫn lưỡng cực có đế chung: tín hiệu đến đi qua C 1 và sau khi khuếch đại, nó sẽ được loại bỏ trong mạch thu đầu ra, trong đó có điện cực đế chung. Trong trường hợp này, mức tăng điện áp được tạo ra tương tự như khi làm việc với OE.

Nhược điểm là điện trở đầu vào thấp (30-100 Ohms) và mạch có OB được sử dụng làm bộ tạo dao động.

3. Sơ đồ với OE

Trong nhiều trường hợp, khi sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực, các mạch chuyển mạch chủ yếu được chế tạo bằng một bộ phát chung. Điện áp nguồn được cung cấp thông qua điện trở tải R L và cực âm của nguồn điện bên ngoài được nối với bộ phát.

Tín hiệu xen kẽ từ đầu vào đến cực phát và cực gốc (V in), và trong mạch thu, nó trở nên có giá trị lớn hơn (V CE). Các thành phần chính của mạch: một bóng bán dẫn, một điện trở R L và một mạch đầu ra bộ khuếch đại có nguồn điện bên ngoài. Phụ trợ: tụ điện C 1, ngăn dòng điện một chiều đi vào mạch của tín hiệu đầu vào được cung cấp và điện trở R 1, qua đó bóng bán dẫn mở ra.

Trong mạch thu, điện áp ở đầu ra của bóng bán dẫn và ở điện trở R L cùng bằng giá trị của EMF: V CC = I C R L + V CE.

Do đó, một tín hiệu nhỏ V ở đầu vào đặt ra quy luật thay đổi điện áp nguồn trực tiếp thành điện áp xoay chiều ở đầu ra của bộ chuyển đổi bóng bán dẫn được điều khiển. Mạch giúp tăng dòng điện đầu vào lên 20-100 lần và điện áp lên 10-200 lần. Theo đó, sức mạnh cũng tăng lên.

Nhược điểm của mạch: điện trở đầu vào thấp (500-1000 Ohms). Vì lý do này, các vấn đề nảy sinh trong việc hình thành trở kháng đầu ra 2-20 kOhm.

Các sơ đồ sau đây minh họa cách thức hoạt động của một bóng bán dẫn lưỡng cực. Nếu các biện pháp bổ sung không được thực hiện, hiệu suất của chúng sẽ bị ảnh hưởng lớn bởi các tác động bên ngoài, chẳng hạn như quá nhiệt và tần số tín hiệu. Ngoài ra, việc nối đất bộ phát sẽ tạo ra biến dạng phi tuyến ở đầu ra. Để tăng độ tin cậy khi vận hành, phản hồi, bộ lọc, v.v. được kết nối với mạch. Trong trường hợp này, mức tăng sẽ giảm nhưng thiết bị sẽ hoạt động hiệu quả hơn.

Chế độ hoạt động

Các chức năng của bóng bán dẫn bị ảnh hưởng bởi giá trị của điện áp được kết nối. Tất cả các chế độ hoạt động có thể được hiển thị nếu sử dụng mạch kết nối bóng bán dẫn lưỡng cực với bộ phát chung được trình bày trước đó.

1. Chế độ cắt

Chế độ này được tạo ra khi giá trị điện áp V BE giảm xuống 0,7 V. Trong trường hợp này, điểm nối bộ phát đóng lại và không có dòng điện thu vì không có electron tự do trong đế. Do đó, bóng bán dẫn bị tắt.

2. Chế độ hoạt động

Nếu một điện áp đủ để bật bóng bán dẫn được đặt vào đế, một dòng điện đầu vào nhỏ sẽ xuất hiện và dòng điện đầu ra tăng lên, tùy thuộc vào độ lớn của mức tăng. Khi đó bóng bán dẫn sẽ hoạt động như một bộ khuếch đại.

3. Chế độ bão hòa

Chế độ này khác với chế độ hoạt động ở chỗ bóng bán dẫn mở hoàn toàn và dòng điện thu đạt giá trị tối đa có thể. Sự gia tăng của nó chỉ có thể đạt được bằng cách thay đổi EMF hoặc tải được áp dụng trong mạch đầu ra. Khi dòng cơ sở thay đổi thì dòng cực góp không thay đổi. Chế độ bão hòa được đặc trưng bởi thực tế là bóng bán dẫn cực kỳ mở và ở đây nó đóng vai trò như một công tắc ở trạng thái bật. Mạch bật bóng bán dẫn lưỡng cực khi kết hợp chế độ cắt và bão hòa giúp tạo ra các công tắc điện tử với sự trợ giúp của chúng.

Tất cả các chế độ hoạt động phụ thuộc vào bản chất của các đặc tính đầu ra được hiển thị trong biểu đồ.

Chúng có thể được chứng minh rõ ràng nếu một mạch chuyển mạch bóng bán dẫn lưỡng cực có OE được lắp ráp.

Nếu bạn vẽ trên trục tung và trục hoành các đoạn tương ứng với dòng cực đại có thể có của bộ thu và giá trị của điện áp nguồn V CC, sau đó nối các đầu của chúng với nhau, bạn sẽ nhận được một đường tải (màu đỏ). Nó được mô tả bằng biểu thức: I C = (V CC - V CE)/R C. Theo hình vẽ, điểm vận hành xác định dòng IC và điện áp V CE của bộ thu sẽ dịch chuyển dọc theo đường tải từ dưới lên trên khi dòng cơ sở I V tăng.

Vùng giữa trục V CE và đặc tính đầu ra đầu tiên (được tô bóng), trong đó I B = 0, đặc trưng cho chế độ cắt. Trong trường hợp này, dòng điện ngược I C không đáng kể và bóng bán dẫn đóng.

Đặc tính cao nhất tại điểm A giao với tải trực tiếp, sau đó, khi I B tăng thêm, dòng thu không còn thay đổi. Vùng bão hòa trên đồ thị là vùng được tô bóng giữa trục IC và đặc tính dốc nhất.

Transistor hoạt động như thế nào ở các chế độ khác nhau?

Transitor hoạt động với các tín hiệu thay đổi hoặc không đổi đi vào mạch đầu vào.

Transitor lưỡng cực: mạch chuyển mạch, bộ khuếch đại

Phần lớn, bóng bán dẫn đóng vai trò là bộ khuếch đại. Tín hiệu xoay chiều ở đầu vào làm cho dòng điện đầu ra của nó thay đổi. Ở đây bạn có thể sử dụng các lược đồ với OK hoặc với OE. Tín hiệu yêu cầu tải trong mạch đầu ra. Thông thường một điện trở được sử dụng trong mạch thu đầu ra. Nếu được chọn đúng, điện áp đầu ra sẽ cao hơn đáng kể so với đầu vào.

Hoạt động của bộ khuếch đại được thể hiện rõ ràng trong sơ đồ thời gian.

Khi tín hiệu xung được chuyển đổi, chế độ vẫn giữ nguyên như đối với tín hiệu hình sin. Chất lượng chuyển đổi các thành phần hài của chúng được xác định bởi đặc tính tần số của bóng bán dẫn.

Hoạt động ở chế độ chuyển đổi

Được thiết kế để chuyển đổi kết nối không tiếp xúc trong các mạch điện. Nguyên tắc là thay đổi điện trở của bóng bán dẫn theo từng bước. Loại lưỡng cực khá phù hợp với yêu cầu của thiết bị khóa.

Phần kết luận

Các phần tử bán dẫn được sử dụng trong các mạch chuyển đổi tín hiệu điện. Khả năng phổ quát và phân loại lớn cho phép các bóng bán dẫn lưỡng cực được sử dụng rộng rãi. Mạch chuyển mạch xác định chức năng và chế độ hoạt động của chúng. Phần lớn cũng phụ thuộc vào đặc điểm.

Các mạch chuyển mạch cơ bản của bóng bán dẫn lưỡng cực khuếch đại, tạo ra và chuyển đổi tín hiệu đầu vào, đồng thời chuyển mạch các mạch điện.

Bất cứ khi nào một bóng bán dẫn được kết nối với một mạch điện, dòng điện đầu vào và đầu ra sẽ chạy qua một trong các cực của nó;

Có ba phương án để bật bóng bán dẫn lưỡng cực:

  • với một bộ phát chung;
  • với một nhà sưu tập chung;
  • có cơ sở chung;
Hãy bắt đầu với một mạch có bộ phát chung.Mạch phát chung có các tính chất sau:
  • mức tăng hiện tại cao;




Trong tất cả các biểu đồ dao động trong bài viết, kênh đầu tiên là tín hiệu đầu vào, kênh thứ hai là tín hiệu đầu ra. Tín hiệu đầu vào được lấy sau tụ điện ghép, nếu không thì tụ điện sẽ chuyển pha.
Biểu đồ dao động cho thấy biên độ của tín hiệu đầu ra lớn hơn biên độ của tín hiệu đầu vào vài lần, trong khi tín hiệu đầu ra bị đảo ngược so với tín hiệu đầu vào, điều này có nghĩa là khi tín hiệu đầu vào tăng thì đầu ra giảm và ngược lại. Sơ đồ hiển thị một tụ điện có đường chấm chấm; nó có thể được kết nối nếu bạn cần tăng mức tăng. Hãy kết nối nó.


Chúng ta thấy rằng tín hiệu đầu ra đã tăng lên xấp xỉ một bậc độ lớn, tức là gấp 10 lần. Mạch kết nối bóng bán dẫn này được sử dụng trong các bộ khuếch đại công suất.
Khi bật tụ điện, điện trở đầu vào của mạch giảm, dẫn đến tín hiệu máy phát bị méo và do đó là tín hiệu đầu ra.

Mạch có cực góp chung.

  • tín hiệu đầu vào được gửi đến cơ sở;
  • tín hiệu đầu ra được loại bỏ khỏi bộ phát;
Mạch thu chung có các đặc tính sau:
  • mức tăng hiện tại cao;
  • điện áp tín hiệu đầu vào và đầu ra chênh lệch khoảng 0,6 V;


Hãy lắp ráp mạch được vẽ ở trên và xem tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi như thế nào tùy thuộc vào đầu vào.


Biểu đồ dao động cho thấy biên độ của các tín hiệu bằng nhau vì máy hiện sóng chỉ hiển thị thành phần AC; nếu bạn bật máy hiện sóng để hiển thị thành phần DC thì độ chênh lệch giữa tín hiệu ở đầu vào và đầu ra sẽ là 0,6 V. không đảo ngược tín hiệu và được sử dụng làm bộ đệm hoặc để phối hợp các tầng.
Trong điện tử, bộ đệm là một mạch làm tăng khả năng tải của tín hiệu, nghĩa là tín hiệu vẫn giữ nguyên hình dạng nhưng có khả năng cung cấp nhiều dòng điện hơn.

Đề án có cơ sở chung.

  • tín hiệu đầu vào được gửi đến bộ phát;
  • tín hiệu đầu ra được loại bỏ khỏi bộ thu;
Mạch điện có một cơ sở chung có các tính chất sau:
  • tăng điện áp cao;
  • mức tăng hiện tại gần bằng 0, dòng phát lớn hơn dòng thu bằng dòng cơ sở;


Hãy lắp ráp mạch được vẽ ở trên và xem tín hiệu đầu ra sẽ thay đổi như thế nào tùy thuộc vào đầu vào.


Biểu đồ dao động cho thấy biên độ của tín hiệu đầu ra lớn hơn biên độ của tín hiệu đầu vào khoảng mười lần và tín hiệu đầu ra không bị đảo ngược so với tín hiệu đầu vào. Mạch kết nối bóng bán dẫn này được sử dụng trong các bộ khuếch đại tần số vô tuyến. Tầng cơ sở chung có trở kháng đầu vào thấp, do đó tín hiệu của bộ tạo bị méo và do đó tín hiệu đầu ra cũng vậy.
Câu hỏi đặt ra: tại sao không sử dụng mạch phát chung để khuếch đại tần số vô tuyến, vì nó làm tăng biên độ của tín hiệu? Đó là tất cả về điện dung của đường nối cực thu, nó còn được gọi là điện dung Miller. Đối với tần số vô tuyến, điện dung này có điện trở thấp, do đó tín hiệu, thay vì chạy qua điểm nối cực phát, lại đi qua điện dung này và chảy xuống đất qua bóng bán dẫn mở. Làm thế nào điều này xảy ra được thể hiện trong hình dưới đây.


Có lẽ đây là tất cả những gì tôi muốn nói với bạn về mạch chuyển mạch bóng bán dẫn.

Transitor được chia thành lưỡng cực và hiệu ứng trường. Mỗi loại này đều có nguyên lý hoạt động và thiết kế riêng, tuy nhiên điểm chung của chúng là sự hiện diện của cấu trúc bán dẫn p-n.

Ký hiệu của Transistor được cho trong bảng:


Loại thiết bịKý hiệu đồ họa thông thường
(UGO)
Lưỡng cựcLoại pnp lưỡng cực
Loại n-p-n lưỡng cực
Cánh đồngVới người quản lý
tiếp giáp p-n		Với kênh loại p
Với kênh loại n
Với sự cô lập
màn trập
Transistor MOSFET		Với tích hợp sẵn
kênh		Kênh tích hợp
loại p
Kênh tích hợp
loại n
Với cảm ứng
kênh		Kênh cảm ứng
loại p
Kênh cảm ứng
loại n

Transistor lưỡng cực

Định nghĩa của "lưỡng cực" chỉ ra rằng hoạt động của bóng bán dẫn có liên quan đến các quá trình trong đó các hạt mang điện thuộc hai loại tham gia - electron và lỗ trống.

Transistor là một thiết bị bán dẫn có hai điểm nối lỗ điện tử, được thiết kế để khuếch đại và tạo ra tín hiệu điện. Một bóng bán dẫn sử dụng cả hai loại sóng mang - chính và phụ, đó là lý do tại sao nó được gọi là lưỡng cực.

Một bóng bán dẫn lưỡng cực bao gồm ba vùng của chất bán dẫn đơn tinh thể với các loại độ dẫn khác nhau: bộ phát, đế và bộ thu.

  • E - máy phát,
  • B - cơ sở,
  • K - người sưu tầm,
  • EP - đường giao nhau của bộ phát,
  • KP - ngã ​​ba thu gom,
  • W - độ dày cơ sở.

Mỗi chuyển đổi của bóng bán dẫn có thể được bật theo hướng thuận hoặc ngược. Tùy thuộc vào điều này, có ba chế độ hoạt động của bóng bán dẫn:

  1. Chế độ cắt - cả hai điểm nối p-n đều đóng, trong khi dòng điện tương đối nhỏ thường chạy qua bóng bán dẫn
  2. Chế độ bão hòa - cả hai điểm nối p-n đều mở
  3. Chế độ hoạt động - một trong các mối nối p-n mở và cái còn lại đóng

Ở chế độ cắt và chế độ bão hòa, bóng bán dẫn không thể điều khiển được. Việc kiểm soát hiệu quả bóng bán dẫn chỉ được thực hiện ở chế độ hoạt động. Chế độ này là chế độ chính. Nếu điện áp tại điểm nối bộ phát là trực tiếp và tại điểm nối bộ thu là ngược lại, thì việc bật bóng bán dẫn được coi là bình thường nếu cực tính ngược lại thì ngược lại.

Ở chế độ bình thường, tiếp giáp p-n của bộ thu đóng, tiếp giáp bộ phát mở. Dòng cực góp tỉ lệ thuận với dòng cực gốc.

Chuyển động của các hạt mang điện trong bóng bán dẫn n-p-n được thể hiện trong hình:

Khi bộ phát được nối với cực âm của nguồn điện thì dòng điện Ie của bộ phát sẽ xuất hiện. Do một điện áp bên ngoài được đặt vào điểm nối bộ phát theo hướng thuận, nên các electron đi qua điểm nối và đi vào vùng cơ sở. Đế được làm bằng chất bán dẫn p, vì vậy các electron là hạt mang điện thiểu số cho nó.

Các electron đi vào vùng bazơ sẽ kết hợp lại một phần với các lỗ trống ở bazơ. Tuy nhiên, đế thường được làm bằng dây dẫn p rất mỏng, có điện trở suất cao (hàm lượng tạp chất thấp) nên nồng độ lỗ trống trong đế thấp và chỉ có một số electron đi vào đế kết hợp lại với các lỗ của nó, tạo thành bazơ. Ib hiện tại Hầu hết các electron, do chuyển động nhiệt (khuếch tán) và dưới tác động của trường thu (trôi), đi đến thu, tạo thành một thành phần của dòng thu Ik.

Mối quan hệ giữa độ tăng của dòng điện cực phát và dòng cực thu được đặc trưng bởi hệ số truyền dòng điện

Như sau khi kiểm tra định tính các quá trình xảy ra trong bóng bán dẫn lưỡng cực, hệ số truyền dòng điện luôn nhỏ hơn 1. Đối với các bóng bán dẫn lưỡng cực hiện đại α = 0,9 0,95

Khi Ie ≠ 0, dòng điện thu của bóng bán dẫn bằng:

Trong mạch kết nối đang xem xét, điện cực cơ bản dùng chung cho mạch phát và mạch thu. Mạch kết nối bóng bán dẫn lưỡng cực này được gọi là mạch có đế chung, trong khi mạch phát được gọi là mạch đầu vào và mạch thu được gọi là mạch đầu ra. Tuy nhiên, mạch chuyển đổi bóng bán dẫn lưỡng cực như vậy rất hiếm khi được sử dụng.

Ba mạch để bật một bóng bán dẫn lưỡng cực

Có các mạch chuyển mạch có đế chung, bộ phát chung và bộ thu chung. Mạch điện cho bóng bán dẫn pnp được thể hiện trong hình a, b, c:

Trong mạch có đế chung (Hình a), điện cực gốc dùng chung cho mạch đầu vào và đầu ra; trong mạch có bộ phát chung (Hình b), bộ phát chung trong mạch có bộ thu chung; (Hình c), bộ sưu tập là phổ biến.

Hình vẽ thể hiện: E1 – nguồn điện của mạch đầu vào, E2 – nguồn điện của mạch đầu ra, Uin – nguồn tín hiệu khuếch đại.

Mạch chuyển mạch chính là mạch trong đó điện cực chung cho mạch đầu vào và đầu ra là bộ phát (mạch chuyển mạch cho bóng bán dẫn lưỡng cực có bộ phát chung). Đối với mạch như vậy, mạch đầu vào đi qua điểm nối cực phát và dòng điện cơ sở phát sinh trong đó:

Giá trị thấp của dòng điện cơ sở trong mạch đầu vào đã dẫn đến việc sử dụng rộng rãi mạch phát chung.

Transitor lưỡng cực trong mạch phát chung (CE)

Trong một bóng bán dẫn được nối theo mạch OE, mối quan hệ giữa dòng điện và điện áp trong mạch đầu vào của bóng bán dẫn Ib = f1 (Ube) được gọi là đặc tính dòng điện-điện áp cơ bản (VC) đầu vào của bóng bán dẫn. Sự phụ thuộc của dòng thu vào điện áp giữa cực thu và cực phát ở các giá trị cố định của dòng cơ sở Iк = f2 (Uke), Ib – const được gọi là họ đặc tính đầu ra (collector) của bóng bán dẫn.

Đặc tính dòng điện-điện áp đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn lưỡng cực công suất trung bình loại n-p-n được thể hiện trên hình:

Như có thể thấy từ hình, đặc tính đầu vào thực tế không phụ thuộc vào điện áp Uke. Các đặc tính đầu ra gần như cách đều nhau và gần như tuyến tính trong phạm vi thay đổi điện áp rộng Uke.

Sự phụ thuộc Ib = f(Ube) là đặc tính phụ thuộc hàm mũ của dòng điện tại điểm nối p-n phân cực thuận. Vì dòng cơ sở là sự tái hợp nên giá trị Ib của nó nhỏ hơn β lần so với dòng phát Ie được đưa vào. Khi điện áp cực thu Uk tăng, đặc tính đầu vào chuyển sang vùng có điện áp Ub cao hơn. Điều này là do thực tế là do điều chế độ rộng cơ sở (Hiệu ứng sớm), tỷ lệ dòng tái hợp trong cơ sở của bóng bán dẫn lưỡng cực giảm đi. Điện áp Ube không vượt quá 0,6...0,8 V. Vượt quá giá trị này sẽ dẫn đến dòng điện chạy qua điểm nối bộ phát mở tăng mạnh.

Sự phụ thuộc Ik = f(Uke) chứng tỏ dòng cực góp tỉ lệ thuận với dòng cực nền: Ik = B Ib

Thông số bóng bán dẫn lưỡng cực

Biểu diễn một bóng bán dẫn ở chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ dưới dạng mạng bốn cực

Ở chế độ hoạt động tín hiệu nhỏ, bóng bán dẫn có thể được biểu diễn bằng mạng bốn cực. Khi điện áp u1, u2 và dòng điện i1, i2 thay đổi theo quy luật hình sin thì mối liên hệ giữa điện áp và dòng điện được thiết lập bằng các tham số Z, Y, h.

Tiềm năng 1”, 2”, 3 đều giống nhau. Thật thuận tiện để mô tả một bóng bán dẫn bằng cách sử dụng các tham số h.

Trạng thái điện của bóng bán dẫn được nối theo mạch có bộ phát chung được đặc trưng bởi bốn đại lượng: Ib, Ube, Ik và Uke. Hai trong số các đại lượng này có thể được coi là độc lập và hai đại lượng còn lại có thể được biểu thị dưới dạng chúng. Vì những lý do thực tế, sẽ thuận tiện hơn khi chọn các đại lượng Ib và Uke là các đại lượng độc lập. Khi đó Ube = f1 (Ib, Uke) và Ik = f2 (Ib, Uke).

Trong các thiết bị khuếch đại, tín hiệu đầu vào là sự gia tăng của điện áp và dòng điện đầu vào. Trong phần tuyến tính của các đặc tính, các đẳng thức sau đây đúng với các số gia Ube và Ik:

Ý nghĩa vật lý của các thông số:

Đối với mạch có OE, các hệ số được viết bằng chỉ số E: h11e, h12e, h21e, h22e.

Dữ liệu hộ chiếu cho biết h21е = β, h21b = α. Các thông số này đặc trưng cho chất lượng của bóng bán dẫn. Để tăng giá trị của h21, bạn cần giảm độ rộng cơ sở W hoặc tăng chiều dài khuếch tán, điều này khá khó khăn.

Transistor tổng hợp

Để tăng giá trị của h21, các bóng bán dẫn lưỡng cực được kết nối bằng mạch Darlington:

Trong một bóng bán dẫn tổng hợp có các đặc tính giống nhau, VT1 cơ sở được kết nối với bộ phát VT2 và ΔIе2 = ΔIb1. Bộ thu của cả hai bóng bán dẫn được kết nối và cực này là cực của bóng bán dẫn tổng hợp. Đế VT2 đóng vai trò là đế của bóng bán dẫn tổng hợp ΔIb = ΔIb2, còn bộ phát VT1 đóng vai trò là cực phát của bóng bán dẫn tổng hợp ΔIe = ΔI1.

Chúng ta hãy biểu thức độ lợi dòng điện β của mạch Darlington. Chúng ta hãy biểu thị mối quan hệ giữa sự thay đổi dòng điện cơ sở dB và sự thay đổi dòng điện cực thu dIk của bóng bán dẫn hỗn hợp như sau:

Vì đối với các bóng bán dẫn lưỡng cực, mức tăng hiện tại thường là vài chục (β1, β2 >> 1), nên tổng mức tăng của bóng bán dẫn tổng hợp sẽ được xác định bằng tích của các mức tăng của mỗi bóng bán dẫn βΣ = β1 · β2 và có thể khá lớn trong giá trị.

Chúng ta hãy lưu ý các tính năng của chế độ hoạt động của các bóng bán dẫn như vậy. Vì dòng điện phát VT2 Ie2 là dòng điện cơ sở VT1 dIb1, nên bóng bán dẫn VT2 phải hoạt động ở chế độ nguồn vi mô và bóng bán dẫn VT1 - ở chế độ phun cao, dòng điện phát của chúng khác nhau 1-2 bậc độ lớn. Với sự lựa chọn dưới mức tối ưu về đặc tính hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực VT1 và VT2, không thể đạt được giá trị khuếch đại dòng điện cao ở mỗi bóng bán dẫn. Tuy nhiên, ngay cả với các giá trị khuếch đại β1, β2 ≈ 30, tổng mức tăng βΣ sẽ là βΣ ≈ 1000.

Giá trị khuếch đại cao trong bóng bán dẫn tổng hợp chỉ được thực hiện ở chế độ thống kê, do đó bóng bán dẫn tổng hợp được sử dụng rộng rãi trong các tầng đầu vào của bộ khuếch đại thuật toán. Trong các mạch ở tần số cao, các bóng bán dẫn tổ hợp không còn có những ưu điểm đó nữa; ngược lại, cả tần số khuếch đại dòng điện giới hạn và tốc độ hoạt động của các bóng bán dẫn tổ hợp đều nhỏ hơn các thông số tương tự đối với từng bóng bán dẫn VT1, VT2 riêng biệt.

Đặc tính tần số của bóng bán dẫn lưỡng cực

Quá trình lan truyền của các hạt mang điện thiểu số được bơm vào đế từ bộ phát đến điểm nối bộ thu tiến hành bằng quá trình khuếch tán. Quá trình này diễn ra khá chậm và các hạt tải điện được đưa vào từ bộ phát sẽ đến bộ thu không sớm hơn trong quá trình khuếch tán các hạt mang qua đế. Độ trễ như vậy sẽ dẫn đến sự lệch pha giữa dòng điện Ie và dòng điện Ik. Ở tần số thấp, pha của dòng điện Ie, Ik và Ib trùng nhau.

Tần số của tín hiệu đầu vào mà tại đó mô đun khuếch đại giảm đi một hệ số so với giá trị tĩnh β0 được gọi là tần số giới hạn khuếch đại dòng điện của bóng bán dẫn lưỡng cực trong mạch phát chung

Fβ – tần số giới hạn (tần số cắt)
fgr - tần số cắt (tần số đạt được sự thống nhất)

Transistor hiệu ứng trường

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, hay đơn cực, sử dụng hiệu ứng trường làm nguyên lý vật lý chính. Không giống như các bóng bán dẫn lưỡng cực, trong đó cả hai loại sóng mang, cả chính và phụ, đều chịu trách nhiệm tạo ra hiệu ứng bóng bán dẫn, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường chỉ sử dụng một loại sóng mang để nhận ra hiệu ứng bóng bán dẫn. Vì lý do này, các bóng bán dẫn hiệu ứng trường được gọi là đơn cực. Tùy thuộc vào các điều kiện thực hiện hiệu ứng trường, bóng bán dẫn hiệu ứng trường được chia thành hai loại: bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng cách điện và bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n điều khiển.

Transistor hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n điều khiển

Về mặt sơ đồ, một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có điểm nối pn điều khiển có thể được biểu diễn dưới dạng một tấm, với các đầu của các điện cực, nguồn và cống được kết nối. Trong bộ lễ phục. Sơ đồ cấu trúc và kết nối của bóng bán dẫn hiệu ứng trường với kênh loại n được hiển thị:

Trong bóng bán dẫn kênh n, hạt mang điện đa số trong kênh là các electron, chúng di chuyển dọc theo kênh từ nguồn có điện thế thấp đến cực tiêu có điện thế cao hơn, tạo ra dòng tiêu hao Ic. Một điện áp được đặt giữa cổng và nguồn, chặn tiếp giáp p-n được hình thành bởi vùng n của kênh và vùng p của cổng.

Khi đặt một điện áp chặn vào điểm nối p-n Uzi, một lớp đồng nhất xuất hiện ở ranh giới kênh, làm cạn kiệt các hạt mang điện và có điện trở suất cao. Điều này dẫn đến giảm độ rộng dẫn điện của kênh.

Bằng cách thay đổi giá trị của điện áp này, có thể thay đổi tiết diện của kênh và do đó, thay đổi giá trị điện trở của kênh. Đối với một bóng bán dẫn hiệu ứng trường kênh n, điện thế thoát dương so với điện thế nguồn. Khi cổng được nối đất, dòng điện chạy từ cống tới nguồn. Do đó, để dừng dòng điện, phải đặt một điện áp ngược vài volt vào cổng.

Giá trị điện áp Uzi, tại đó dòng điện qua kênh gần như bằng 0, được gọi là điện áp cắt Uzap

Do đó, một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cổng ở dạng tiếp giáp p-n biểu thị một điện trở, giá trị của điện trở này được điều chỉnh bởi một điện áp bên ngoài.

Transistor hiệu ứng trường được đặc trưng bởi đặc tính dòng điện-điện áp sau:

Ở đây, sự phụ thuộc của dòng cực Ic vào điện áp ở điện áp không đổi tại cổng Uzi xác định đặc tính đầu ra hoặc cực máng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường. Ở phần đầu của đặc điểm Usi + |Uzi |< Uзап ток стока Iс возрастает с увеличением Uси . При повышении напряжения сток - исток до Uси = Uзап - |Uзи | происходит перекрытие канала и дальнейший рост тока Iс прекращается (участок насыщения). Отрицательное напряжение Uзи между затвором и истоком смещает момент перекрытия канала в сторону меньших значений напряжения Uси и тока стока Iс . Участок насыщения является рабочей областью выходных характеристик полевого транзистора. Дальнейшее увеличение напряжения Uси приводит к пробою р-n-перехода между затвором и каналом и выводит транзистор из строя.

Đặc tính dòng điện-điện áp Ic = f(Uzi) thể hiện điện áp Uzap. Vì Uzi 0 nên tiếp giáp p-n đóng và dòng điện cổng rất nhỏ, khoảng 10 -8…10-9 A do đó, ưu điểm chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường, so với bóng bán dẫn lưỡng cực, bao gồm điện trở đầu vào cao, khoảng 10 10…1013 Ôm. Ngoài ra, chúng còn được phân biệt bởi độ ồn thấp và khả năng sản xuất.

Có hai sơ đồ chuyển mạch chính có ứng dụng thực tế. Mạch có nguồn chung (Hình a) và mạch có cống chung (Hình b), được thể hiện trên hình:

Transistor hiệu ứng trường cổng cách điện
(Bóng bán dẫn MOS)

Thuật ngữ "bóng bán dẫn MOS" được dùng để chỉ các bóng bán dẫn hiệu ứng trường trong đó điện cực điều khiển - cổng - được ngăn cách với vùng hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bằng một lớp điện môi - chất cách điện. Thành phần cơ bản của các bóng bán dẫn này là cấu trúc chất bán dẫn cách điện kim loại (M-D-S).

Công nghệ của bóng bán dẫn MOS có cổng tích hợp được thể hiện trong hình:

Chất bán dẫn ban đầu mà bóng bán dẫn MOS được tạo ra được gọi là chất nền (chân P). Hai vùng n+ bị pha tạp nặng được gọi là nguồn (I) và cống (C). Diện tích chất nền dưới cổng (3) được gọi là kênh nhúng (kênh n).

Cơ sở vật lý cho hoạt động của bóng bán dẫn hiệu ứng trường có cấu trúc chất bán dẫn-chất cách điện bằng kim loại là hiệu ứng trường. Hiệu ứng trường là dưới tác dụng của điện trường ngoài, nồng độ các hạt mang điện tự do ở vùng gần bề mặt của chất bán dẫn thay đổi. Trong các thiết bị trường có cấu trúc MIS, trường bên ngoài được tạo ra bởi điện áp đặt vào điện cực cổng kim loại. Tùy thuộc vào dấu hiệu và cường độ của điện áp đặt vào, có thể có hai trạng thái của vùng điện tích không gian (SCR) trong kênh - làm giàu và cạn kiệt.

Chế độ cạn kiệt tương ứng với điện áp âm Uzi, tại đó nồng độ electron trong kênh giảm, dẫn đến dòng thoát giảm. Chế độ làm giàu tương ứng với điện áp dương Uzi và sự gia tăng dòng xả.

Đặc tính dòng điện-điện áp được thể hiện trong hình:

Cấu trúc liên kết của bóng bán dẫn MOS với kênh loại p cảm ứng (cảm ứng) được thể hiện trong hình:

Khi Uzi = 0 thì không có kênh và Ic = 0. Transistor chỉ có thể hoạt động ở chế độ làm giàu Uzi< 0. Если отрицательное напряжение Uзи превысит пороговое Uзи.пор , то происходит формирование инверсионного канала. Изменяя величину напряжения на затворе Uзи в области выше порогового Uзи.пор , можно менять концентрацию свободных носителей в инверсионном канале и сопротивление канала. Источник напряжения в стоковой цепи Uси вызовет ток стока Iс .

Đặc tính dòng điện-điện áp được thể hiện trong hình:

Trong các bóng bán dẫn MOS, cổng được ngăn cách với chất bán dẫn bằng một lớp oxit SiO2. Do đó, điện trở đầu vào của các bóng bán dẫn như vậy là khoảng 1013 ... 1015 Ohms.

Các thông số chính của bóng bán dẫn hiệu ứng trường bao gồm:

  • Độ dốc của đặc tính tại Usp = const, Upi = const. Giá trị thông số điển hình là (0,1...500) mA/V;
  • Độ dốc của đặc tính dọc theo nền tại Usp = const, Uzi = const. Giá trị thông số điển hình (0,1...1) mA/V;
  • Dòng xả ban đầu Is.init. – tiêu hao dòng điện ở giá trị điện áp bằng 0 Uzi. Các giá trị tham số điển hình: (0,2...600) mA – đối với các bóng bán dẫn có điểm nối p-n kênh điều khiển; (0,1...100) mA – đối với bóng bán dẫn có kênh tích hợp; (0,01...0,5) µA – đối với bóng bán dẫn có kênh cảm ứng;
  • Điện áp cắt Uzi.ots. . Giá trị điển hình (0,2...10) V; ngưỡng điện áp Lên. Giá trị điển hình (1...6) V;
  • Điện trở nguồn thoát nước ở trạng thái mở. Giá trị điển hình (2..300) Ohm
  • Điện trở vi sai (nội bộ): tại Uzi = const;
  • Độ lợi thống kê: μ = S ri

    • Thyristor

    Thyristor là một thiết bị bán dẫn có ba lớp tiếp xúc p-n lỗ electron trở lên. Chúng chủ yếu được sử dụng làm chìa khóa điện tử. Tùy thuộc vào số lượng thiết bị đầu cuối bên ngoài, chúng được chia thành thyristor với hai thiết bị đầu cuối bên ngoài - dinistor và thyristor với ba thiết bị đầu cuối - thyristor. Ký hiệu chữ VS được dùng để chỉ thyristor.

    Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của dinistor

    Cấu trúc, UGO và đặc tính dòng điện-điện áp của dinistor được thể hiện trên hình:

    Vùng p bên ngoài được gọi là cực dương (A), vùng n bên ngoài được gọi là cực âm (K). Ba điểm nối p-n được ký hiệu bằng số 1, 2, 3. Cấu trúc của dinistor là 4 lớp - p-n-p-n.

    Điện áp nguồn E được cung cấp cho dinistor sao cho 1 trong 3 điểm nối mở và điện trở của chúng không đáng kể, còn chuyển tiếp 2 đóng và tất cả điện áp cung cấp Upr được đặt vào nó. Một dòng điện ngược nhỏ chạy qua dinistor, tải R ngắt khỏi nguồn điện E.

    Khi đạt đến điện áp tới hạn bằng điện áp bật Uon, quá trình chuyển đổi 2 sẽ mở ra, trong khi cả ba quá trình chuyển đổi 1, 2, 3 sẽ ở trạng thái mở (bật). Điện trở của dinistor giảm xuống còn một phần mười ohm.

    Điện áp bật là vài trăm volt. Dinistor mở ra và dòng điện đáng kể chạy qua nó. Điện áp rơi trên dinistor ở trạng thái mở là 1-2 volt và phụ thuộc rất ít vào cường độ dòng điện chạy qua, giá trị của nó là τa ≈ E / R và UR ≈ E, tức là. tải được nối với nguồn điện E. Điện áp trên dinistor tương ứng với điểm Iopen.max cực đại cho phép, gọi là điện áp trạng thái mở Uokr. Dòng điện tối đa cho phép dao động từ hàng trăm mA đến hàng trăm A. Dinistor ở trạng thái mở cho đến khi dòng điện chạy qua nó nhỏ hơn dòng điện duy trì Iud. Dinistor đóng khi điện áp bên ngoài giảm xuống giá trị khoảng 1V hoặc khi cực tính của nguồn bên ngoài thay đổi. Vì vậy, một thiết bị như vậy được sử dụng trong các mạch điện tạm thời. Điểm B và D tương ứng với giá trị giới hạn của dòng điện và điện áp dinistor. Thời gian phục hồi của điện trở chuyển tiếp 2 sau khi loại bỏ điện áp nguồn là khoảng 10-30 μs.

    Theo nguyên tắc của họ, bộ phận ăn uống là thiết bị hoạt động chính. Ở trạng thái bật (phần BV) nó giống như một phím đóng, còn ở trạng thái tắt (phần EG) nó giống như một phím mở.

    Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thyristor (thyristor)

    Thyristor là một thiết bị được điều khiển Nó chứa một điện cực điều khiển (CE) được kết nối với chất bán dẫn loại p hoặc chất bán dẫn loại n của điểm nối giữa 2.

    Cấu trúc, UGO và đặc tính dòng điện-điện áp của trinistor (thường gọi là thyristor) được thể hiện trên hình:

    Điện áp Uoff, tại đó bắt đầu có sự gia tăng dòng điện giống như tuyết lở, có thể giảm đi bằng cách đưa các hạt mang điện thiểu số vào bất kỳ lớp nào gần điểm nối 2. Mức độ Uon giảm được thể hiện trên đặc tính dòng điện-điện áp. Một tham số quan trọng là dòng điều khiển mở khóa Iу.оt, đảm bảo rằng thyristor chuyển sang trạng thái mở ở điện áp thấp hơn điện áp Uon. Hình vẽ hiển thị ba giá trị điện áp chuyển mạch UI bật< Un вкл < Um вкл соответствует трем значениям управляющего тока UI у.от >Un u.ot > Ừm u.ot .

    Hãy xem xét mạch đơn giản nhất với thyristor được nạp vào tải điện trở Rн


    • Ia – dòng điện anode (dòng điện trong mạch anode-cathode của thyristor);
    • Uak - điện áp giữa cực dương và cực âm;
    • Iу – dòng điện cực điều khiển (trong mạch thực tế sử dụng xung dòng điện);
    • Uuk là điện áp giữa điện cực điều khiển và cực âm;
    • Upit - điện áp cung cấp.

    Để chuyển thyristor sang trạng thái mở, điện cực không điều khiển được cung cấp từ mạch tạo xung bằng xung điều khiển ngắn hạn (theo thứ tự vài micro giây).

    Một đặc điểm đặc trưng của thyristor không khóa được đề cập, được sử dụng rất rộng rãi trong thực tế, là không thể tắt nó bằng dòng điện điều khiển.

    Để tắt thyristor trong thực tế, người ta đặt điện áp ngược Uac vào nó< 0 и поддерживают это напряжение в течении времени, большего так называемого времени выключения tвыкл . Оно обычно составляет единицы или десятки микросекунд.

    Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của triac

    Cái gọi là thyristor đối xứng (triac, triac) được sử dụng rộng rãi. Mỗi triac tương tự như cặp thyristor được xem xét, được kết nối song song ngược chiều. Thyristor đối xứng là một thiết bị được điều khiển có đặc tính dòng điện - điện áp đối xứng. Để có được đặc tính đối xứng, người ta sử dụng cấu trúc bán dẫn p-n-p-n-p hai mặt.

    Cấu trúc của triac, UGO và đặc tính dòng điện-điện áp của nó được thể hiện trong hình:

    Một triac (triac) chứa hai thyristor p1-n1-p2-n2 và p2-n2-p1-n4 được kết nối giáp lưng. Triac chứa 5 chuyển tiếp P1-P2-P3-P4-P5. Trong trường hợp không có điện tử điều khiển, triac UE được gọi là diac.

    Với cực tính dương trên điện cực E1, hiệu ứng thyristor xảy ra ở p1-n1-p2-n2 và với cực tính ngược lại ở p2-n1-p1-n4.

    Khi cấp điện áp điều khiển vào UE, tùy thuộc vào cực tính và giá trị của nó, điện áp chuyển mạch Uon sẽ thay đổi

    Thyristor (dinistor, thyristor, triac) là thành phần chính trong các thiết bị điện tử công suất. Có những thyristor có điện áp chuyển mạch lớn hơn 1 kV và dòng điện tối đa cho phép lớn hơn 1 kA

    Chìa khóa điện tử

    Để tăng hiệu suất của các thiết bị điện tử công suất, chế độ hoạt động xung của điốt, bóng bán dẫn và thyristor được sử dụng rộng rãi. Chế độ xung được đặc trưng bởi sự thay đổi đột ngột của dòng điện và điện áp. Ở chế độ xung, điốt, bóng bán dẫn và thyristor được sử dụng làm công tắc.

    Sử dụng chìa khóa điện tử, các mạch điện tử được chuyển mạch: kết nối/ngắt mạch điện đến/từ các nguồn năng lượng điện hoặc tín hiệu, kết nối hoặc ngắt kết nối các phần tử mạch điện, thay đổi thông số của các phần tử mạch điện, thay đổi loại nguồn tín hiệu ảnh hưởng.

    Các phím lý tưởng UGO được hiển thị trong hình:

    Các phím hoạt động để mở và đóng tương ứng.


    Chế độ phím được đặc trưng bởi hai trạng thái: “bật”/“tắt”.

    Các phím lý tưởng được đặc trưng bởi sự thay đổi tức thời của điện trở, có thể lấy giá trị 0 hoặc ∞. Điện áp rơi trên một công tắc đóng lý tưởng là 0. Khi công tắc mở, dòng điện bằng 0.

    Phím thật còn có đặc điểm là hai giá trị điện trở cực lớn Rmax và Rmin. Sự chuyển đổi từ giá trị điện trở này sang giá trị điện trở khác trong các công tắc thực xảy ra trong một thời gian hữu hạn. Điện áp rơi trên một công tắc đóng thực sự không bằng không.

    Các công tắc được chia thành các phím được sử dụng trong các mạch công suất thấp và các phím được sử dụng trong các mạch công suất cao. Mỗi lớp này đều có những đặc điểm riêng.

    Các phím được sử dụng trong các mạch điện năng thấp được đặc trưng bởi:

  1. Các điện trở chính ở trạng thái mở và đóng;
  2. Hiệu suất – thời gian cần thiết để một khóa chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác;
  3. Giảm điện áp trên công tắc đóng và rò rỉ dòng điện trên công tắc mở;
  4. Khả năng chống ồn – khả năng của chìa khóa vẫn ở một trong các trạng thái khi bị nhiễu;
  5. Độ nhạy của phím là độ lớn của tín hiệu điều khiển chuyển phím từ trạng thái này sang trạng thái khác;
  6. Điện áp ngưỡng – giá trị của điện áp điều khiển, ở vùng lân cận có sự thay đổi mạnh về điện trở của phím điện tử.

Chìa khóa điện tử đi-ốt

Loại chìa khóa điện tử đơn giản nhất là công tắc diode. Mạch chuyển mạch diode, đặc tính truyền tĩnh, đặc tính dòng điện-điện áp và sự phụ thuộc của điện trở vi sai vào điện áp diode được thể hiện trên hình:


Nguyên lý hoạt động của công tắc điện tử diode dựa trên việc thay đổi giá trị điện trở vi phân của diode bán dẫn trong vùng lân cận giá trị điện áp ngưỡng trên diode Uthr. Hình “c” thể hiện đặc tính dòng điện-điện áp của một điốt bán dẫn, trong đó thể hiện giá trị của Uthr. Giá trị này nằm ở giao điểm của trục điện áp với đường tiếp tuyến được vẽ với phần tăng dần của đặc tính dòng điện-điện áp.

Hình "d" cho thấy sự phụ thuộc của điện trở vi sai vào điện áp trên diode. Theo hình vẽ, trong vùng lân cận ngưỡng điện áp 0,3 V, có sự thay đổi mạnh về điện trở vi sai của diode với các giá trị cực trị 900 và 35 Ohms (Rmin = 35 Ohms, Rmax = 900 Ohms).

Ở trạng thái “bật”, diode mở và Uout ≈ Uin.

Ở trạng thái “tắt”, diode đóng và , Uout ≈ Uin · Rн / Rmax<

Để giảm thời gian chuyển mạch, người ta sử dụng điốt có điện dung chuyển tiếp thấp ở mức 0,5-2 pF, đồng thời cung cấp thời gian tắt ở mức 0,5-0,05 μs.

Công tắc điốt không cho phép tách điện giữa mạch điều khiển và mạch điều khiển, điều này thường được yêu cầu trong các mạch thực tế.

Công tắc bóng bán dẫn

Phần lớn các mạch được sử dụng trong máy tính, thiết bị điều khiển từ xa, hệ thống điều khiển tự động, v.v. đều dựa trên các công tắc bóng bán dẫn.

Mạch chuyển mạch trên bóng bán dẫn lưỡng cực và đặc tính dòng điện-điện áp được thể hiện trên hình:

Trạng thái đầu tiên “tắt” (bóng bán dẫn đóng) được xác định bởi điểm A1 trên đặc tính đầu ra của bóng bán dẫn; nó được gọi là chế độ cắt. Ở chế độ cắt, dòng cơ sở Ib = 0, dòng điện cực góp Ik1 bằng dòng điện cực góp ban đầu và điện áp cực góp Uk = Uk1 ≈ Ek. Chế độ cắt được thực hiện ở Uin = 0 hoặc ở điện thế bazơ âm. Ở trạng thái này, điện trở công tắc đạt giá trị cực đại: Rmax = , trong đó RT là điện trở của bóng bán dẫn ở trạng thái đóng, lớn hơn 1 MOhm.

Trạng thái thứ hai “bật” (bóng bán dẫn mở) được xác định bởi điểm A2 trên đặc tính dòng điện-điện áp và được gọi là chế độ bão hòa. Từ chế độ cắt (A1) đến chế độ bão hòa (A2), bóng bán dẫn được chuyển đổi bằng điện áp đầu vào dương Uin. Trong trường hợp này, điện áp Uout lấy giá trị tối thiểu Uk2 = Uk.e.us cỡ 0,2-1,0 V, dòng điện cực góp Ik2 = Ik.us ≈ Ek / Rk. Dòng cơ sở ở chế độ bão hòa được xác định từ điều kiện: Ib > Ib.us = Ik.us/h21.

Điện áp đầu vào cần thiết để chuyển Transistor sang trạng thái mở được xác định từ điều kiện: U in > Ib.us · Rb + Uk.e.us

Khả năng chống ồn tốt và tiêu tán năng lượng thấp trong bóng bán dẫn được giải thích là do phần lớn thời gian bóng bán dẫn ở trạng thái bão hòa (A2) hoặc đóng (A1) và thời gian chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác chỉ là một phần nhỏ của thời lượng. của các trạng thái này. Thời gian chuyển mạch của các công tắc trên bóng bán dẫn lưỡng cực được xác định bởi điện dung rào cản của các điểm nối p-n và quá trình tích tụ và tái hấp thu các hạt mang điện thiểu số trong đế.

Để tăng tốc độ và điện trở đầu vào, các công tắc bóng bán dẫn hiệu ứng trường được sử dụng.

Mạch chuyển mạch trên các bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp pn điều khiển và có kênh cảm ứng có nguồn chung và cống chung được thể hiện trên hình:

Đối với bất kỳ công tắc nào trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường Rн > 10-100 kOhm.

Tín hiệu điều khiển Uin ở cổng khoảng 10-15 V. Điện trở của bóng bán dẫn hiệu ứng trường ở trạng thái đóng cao, khoảng 108 -109 Ohms.

Điện trở của bóng bán dẫn hiệu ứng trường ở trạng thái mở có thể là 7-30 Ohms. Điện trở của bóng bán dẫn hiệu ứng trường dọc theo mạch điều khiển có thể là 108 -109 Ohms. (sơ đồ “a” và “b”) và 1012 -1014 Ohms (sơ đồ “c” và “d”).

Thiết bị bán dẫn điện (điện)

Các thiết bị bán dẫn công suất được sử dụng trong điện tử năng lượng, lĩnh vực công nghệ đầy hứa hẹn và phát triển nhanh nhất. Chúng được thiết kế để kiểm soát dòng điện hàng chục và hàng trăm ampe, điện áp hàng chục và hàng trăm volt.

Các thiết bị bán dẫn công suất bao gồm thyristor (dinistor, thyristor, triac), bóng bán dẫn (lưỡng cực và hiệu ứng trường) và bóng bán dẫn lưỡng cực cảm ứng tĩnh (IGBT). Chúng được sử dụng làm chìa khóa điện tử để chuyển mạch điện tử. Họ cố gắng đưa đặc điểm của mình đến gần hơn với đặc điểm của những chiếc phím lý tưởng.

Theo nguyên lý hoạt động, đặc điểm và thông số, bóng bán dẫn công suất cao cũng giống như bóng bán dẫn công suất thấp nhưng có một số đặc điểm nhất định.

Transitor hiệu ứng trường điện

Hiện nay, bóng bán dẫn hiệu ứng trường là một trong những thiết bị điện hứa hẹn nhất. Các bóng bán dẫn được sử dụng rộng rãi nhất là các bóng bán dẫn cổng cách điện và kênh cảm ứng. Để giảm điện trở của kênh, độ dài của kênh sẽ giảm. Để tăng dòng thoát, hàng trăm, hàng nghìn kênh được tạo ra trong bóng bán dẫn và các kênh này được kết nối song song. Xác suất tự nóng lên của bóng bán dẫn hiệu ứng trường là nhỏ, bởi vì Điện trở kênh tăng khi nhiệt độ tăng.

Transistor hiệu ứng trường điện có cấu trúc thẳng đứng. Các kênh có thể được định vị theo cả chiều dọc và chiều ngang.

Bóng bán dẫn DMOS

Bóng bán dẫn MOS này được sản xuất bằng phương pháp khuếch tán kép, có kênh ngang. Hình này cho thấy một phần tử cấu trúc chứa một kênh.

bóng bán dẫn VMOS

Bóng bán dẫn MOS hình chữ V này có kênh dọc. Hình vẽ cho thấy một phần tử cấu trúc chứa hai kênh.

Dễ dàng nhận thấy cấu tạo của bóng bán dẫn VMOS và bóng bán dẫn DMOS là tương tự nhau.

bóng bán dẫn IGBT

IGBT là một thiết bị bán dẫn lai. Nó kết hợp hai phương pháp điều khiển dòng điện, một trong số đó là phương pháp điển hình cho bóng bán dẫn hiệu ứng trường (điều khiển điện trường) và phương pháp thứ hai cho phương pháp lưỡng cực (điều khiển việc đưa các chất mang điện vào).

Thông thường, IGBT sử dụng cấu trúc bóng bán dẫn MOS kênh cảm ứng loại n. Cấu trúc của bóng bán dẫn này khác với cấu trúc của bóng bán dẫn DMIS ở chỗ có thêm một lớp bán dẫn loại p.

Xin lưu ý rằng các thuật ngữ “bộ phát”, “bộ thu” và “cổng” thường được sử dụng để chỉ các điện cực IGBT.

Việc thêm lớp loại p sẽ dẫn đến sự hình thành cấu trúc bóng bán dẫn lưỡng cực thứ hai (loại pnp). Do đó, IGBT có hai cấu trúc lưỡng cực - loại n-p-n và loại p-n-p.

Mạch tắt UGO và IGBT được thể hiện trong hình:

Một loại đặc tính đầu ra điển hình được thể hiện trong hình:

bóng bán dẫn SIT

SIT là một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có tiếp giáp p-n điều khiển có cảm ứng tĩnh. Nó là đa kênh và có cấu trúc dọc. Sơ đồ biểu diễn của SIT và mạch kết nối nguồn chung được thể hiện trong hình:

Các vùng của chất bán dẫn loại p có dạng hình trụ, đường kính từ vài micromet trở lên. Hệ thống xi lanh này hoạt động như một cửa chớp. Mỗi xi lanh được kết nối với một điện cực cổng (trong hình “a” điện cực cổng không được hiển thị).

Các đường chấm chấm biểu thị diện tích của các điểm nối p-n. Số lượng kênh thực tế có thể lên tới hàng ngàn. Thông thường SIT được sử dụng trong các mạch nguồn thông thường.

Mỗi thiết bị được coi là có lĩnh vực ứng dụng riêng. Công tắc thyristor được sử dụng trong các thiết bị hoạt động ở tần số thấp (kilohertz trở xuống). Nhược điểm chính của các phím như vậy là hiệu suất thấp.

Lĩnh vực ứng dụng chính của thyristor là các thiết bị tần số thấp có công suất chuyển mạch cao lên đến vài megawatt, không đặt ra các yêu cầu nghiêm túc về hiệu suất.

Các bóng bán dẫn lưỡng cực mạnh mẽ được sử dụng làm công tắc điện áp cao trong các thiết bị có tần số chuyển mạch hoặc chuyển đổi trong khoảng 10-100 kHz, với mức công suất đầu ra từ vài W đến vài kW. Phạm vi điện áp chuyển mạch tối ưu là 200-2000 V.

Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (MOSFET) được sử dụng làm công tắc điện tử để chuyển đổi các thiết bị điện áp thấp, tần số cao. Giá trị tối ưu của điện áp chuyển mạch không vượt quá 200 V (giá trị tối đa lên tới 1000 V), trong khi tần số chuyển mạch có thể dao động từ vài kHz đến 105 kHz. Phạm vi dòng điện chuyển mạch là 1,5-100 A. Đặc tính tích cực của thiết bị này là khả năng điều khiển bằng điện áp, không phải dòng điện và ít phụ thuộc vào nhiệt độ hơn so với các thiết bị khác.

Các bóng bán dẫn lưỡng cực có cổng cách điện (IGBT) được sử dụng ở tần số dưới 20 kHz (một số loại thiết bị được sử dụng ở tần số trên 100 kHz) với công suất chuyển mạch trên 1 kW. Điện áp chuyển mạch không thấp hơn 300-400 V. Giá trị tối ưu của điện áp chuyển mạch là trên 2000 V. IGBT và MOSFET yêu cầu điện áp không cao hơn 12-15 V để bật hoàn toàn điện áp âm không cần thiết để đóng; thiết bị. Chúng được đặc trưng bởi tốc độ chuyển mạch cao.

Tài liệu chuẩn bị chứng nhận

Bộ khuếch đại chứa các bóng bán dẫn cũng như các phần tử như điện trở, tụ điện và cuộn cảm. Các tham số của các phần tử được sử dụng (định mức và điện áp của chúng) phụ thuộc vào yêu cầu đối với bộ khuếch đại, cũng như loại bóng bán dẫn được sử dụng. Với sự ra đời của nhiều loại bóng bán dẫn, các cấu hình mạch khuếch đại mới đã trở nên khả thi. Ở cực sinh học R -N-R- hoặc n - R -N-Transistor tạo ra các vùng xen kẽ với các loại độ dẫn điện khác nhau theo một thứ tự nhất định, tạo thành đế, cực phát và cực thu. Transistor được gọi là lưỡng cực, vì sự truyền điện tích trong nó được thực hiện bởi cả electron và lỗ trống. TRONG cánh đồng như nhau (đơn cực) Trong bóng bán dẫn, điện tích được mang bởi một loại hạt mang: electron hoặc lỗ trống. Các bóng bán dẫn hiệu ứng trường (FET) có ba vùng gọi là cổng, nguồn và cống. Tùy thuộc vào loại phương tiện được sử dụng, có hai loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường: R- và kênh I. Các loại bóng bán dẫn khác nhau có các đặc tính khác nhau, được mô tả chi tiết hơn trong phần này.

Mạch phổ biến nhất để chế tạo bộ khuếch đại dựa trên bóng bán dẫn lưỡng cực là mạch có bộ phát chung (nối đất) (CE); Các biến thể của sơ đồ như vậy được hiển thị trong Hình. 11.1. Thuật ngữ "bộ phát chung" chỉ ra rằng trong một mạch phù hợp, điện trở giữa cực bộ phát và mặt đất đối với tín hiệu là thấp, nhưng điều đó không có nghĩa là nó thấp trong mọi trường hợp đối với DC. Vì vậy, ví dụ, trong các sơ đồ hiển thị trong Hình. 1.1, MỘT Và b, các bộ phát được nối đất trực tiếp và trong mạch trong Hình. 1.1, một điện trở được nối giữa bộ phát và mặt đất, được nối bằng tụ điện. Do đó, nếu điện kháng của tụ điện này đối với tín hiệu nhỏ, chúng ta có thể giả định rằng bộ phát thực tế đã được nối đất đối với tín hiệu.

Để hoạt động ở lớp A (phần 1.4), điện áp phân cực giữa đế và bộ phát phải là thuận (mở khóa) và giữa bộ thu và bộ phát - ngược lại (chặn). Để đạt được độ lệch này, cực tính của nguồn điện được chọn tùy thuộc vào loại bóng bán dẫn được sử dụng. Đối với bóng bán dẫn R -N - loại p (Hình 11 L, a) cực dương của nguồn phân cực phải được kết nối với bộ phát loại p và cực âm với đế loại i. Do đó, độ lệch thuận thu được ở điện thế bazơ âm so với bộ phát. Để đảo ngược độ lệch của bộ thu loại p, tiềm năng của nó phải âm. Để làm điều này, nguồn điện được kết nối với cực dương với bộ phát và cực âm với bộ thu.

Tín hiệu đầu vào tạo ra trên một điện trở R 1 sụt áp, được cộng theo đại số vào điện áp phân cực không đổi. Kết quả là tổng điện thế bazơ thay đổi theo tín hiệu. Khi điện thế cơ sở thay đổi, dòng điện của bộ thu thay đổi và do đó điện áp trên điện trở R2. Với nửa sóng dương của điện áp đầu vào, độ lệch thuận giảm và dòng điện chạy qua R 2 giảm tương ứng. Giảm điện áp mỗi R 2 cũng giảm, dẫn đến sự lệch pha 180° giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra.

Nếu bóng bán dẫn n được sử dụng - R- loại n (Hình 1.1.6) thì cực tính của cả hai nguồn điện bị đảo ngược. Trong trường hợp này, điểm nối cơ sở cũng bị lệch theo hướng thuận và điểm nối bộ thu theo hướng ngược lại. Như trong trường hợp trước, sự lệch pha 180° được hình thành giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra.

Trong bộ lễ phục. 1.1, a và b thể hiện các phần tử chính của bộ khuếch đại và mạch khuếch đại sử dụng trong thực tế được thể hiện trên hình 2. 1.1.6. Ở đây, tụ điện C 1 không cho thành phần không đổi của tín hiệu đầu vào đi qua, nhưng có điện trở thấp đối với thành phần thay đổi của nó, do đó được cung cấp cho điện trở. R 2 . (Đây là cái gọi là R.C.-sự liên quan; nó được mô tả chi tiết hơn trong Phần. 1.5). Điện áp phân cực thuận cơ sở xuất phát từ bộ chia điện áp ri- R2, được nối với nguồn điện. Giá trị phân cực thuận cần thiết của đế bóng bán dẫn có được bằng cách chọn đúng tỷ lệ của các giá trị điện trở R 1 Và R 2 . Hơn nữa, trong bóng bán dẫn n - R- Điện thế bazơ loại n được đặt dương hơn cực phát. Điện trở thu mà tín hiệu đầu ra được tạo ra thường được gọi là điện trở tải và được ký hiệu là R n. Thông qua tụ cách ly C 3, tín hiệu được đưa tới tầng tiếp theo. Mạch đầu vào và đầu ra phải có điểm nối đất chung (Hình 1.1, MỘT).

Hệ số khuếch đại dòng cơ sở cho mạch có OE được cho theo quan hệ sau:

trong đó p là hệ số khuếch đại dòng cơ sở;

DI b - mức tăng dòng cơ sở; DI k - mức tăng tương ứng của dòng cực thu tại -

Cơm. 1.1. Mạch phát chung.

Do đó, p bằng tỷ số giữa mức tăng của dòng điện thu với mức tăng tương ứng của dòng điện cơ sở ở điện áp thu không đổi. Độ lợi dòng tín hiệu còn được gọi là hệ số truyền dòng điện một chiều [ Với giá trị điện trở đủ lớn R 2 thành phần xoay chiều của dòng tín hiệu thực tế bằng thành phần xoay chiều của dòng cơ sở. - Ghi chú biên tập.]

Điện trở R 3 (Hình 1.1.5) có tác dụng ổn định dòng điện qua Transistor khi nhiệt độ thay đổi. Sự sụt giảm điện áp trên R 3 tạo ra độ lệch ngược (tắt) tại điểm nối bộ phát của bóng bán dẫn, vì nó làm tăng điện thế bộ phát. Do đó, nó làm giảm độ lệch cực dương theo mức độ sụt áp này. Sự hiện diện của thành phần điện áp xoay chiều trên Rz sẽ làm giảm tín hiệu đầu ra và do đó làm tăng độ lợi của bộ khuếch đại (xem Phần 1.8). Để loại bỏ hiệu ứng này, điện trở R3 được nối song song với tụ điện C2.

Khi bóng bán dẫn nóng lên, thành phần DC của dòng thu tăng lên. Theo đó, điện áp rơi trên Rz, điều này dẫn đến giảm độ lệch cơ sở thuận cũng như dòng điện thu. Kết quả là việc bù một phần độ lệch nhiệt độ của dòng điện được thực hiện.

Cơm. 1.2. Mạch nguồn chung

Trong bộ lễ phục. Hình 1.2 cho thấy mạch khuếch đại bóng bán dẫn hiệu ứng trường tương đương với mạch OE, được gọi là mạch nguồn chung. Trong mạch này, cổng tương ứng với đế của bóng bán dẫn lưỡng cực, nguồn tương ứng với bộ phát và cực máng tương ứng với cực thu. Trong sơ đồ 1.2, MỘT FET với kênh loại n được hiển thị. Đối với một bóng bán dẫn có kênh loại p, mũi tên trên cổng sẽ hướng theo hướng ngược lại. Trong bộ lễ phục. Hình 1.2, b cũng cho thấy một bóng bán dẫn có kênh loại d và trong Hình. 1.2, V.- với kênh loại p.

Mạch phân cực FET khác với mạch phân cực bóng bán dẫn lưỡng cực do sự khác biệt đáng kể về đặc tính của các thiết bị này. Transitor lưỡng cực là bộ khuếch đại tín hiệu hiện tại và tái tạo ở đầu ra dòng tín hiệu đầu vào được khuếch đại, trong khi ở các bóng bán dẫn hiệu ứng trường, dòng tín hiệu đầu ra được điều khiển bởi dòng điện áp vào đầu vào điện áp tín hiệu.

Có hai loại PT: có kiểm soát R- tiếp giáp n và chất bán dẫn oxit kim loại (MOS). (Bóng bán dẫn MOS còn được gọi là bóng bán dẫn hiệu ứng trường cổng cách điện.) Cả hai loại bóng bán dẫn hiệu ứng trường đều được chế tạo với n – và kênh p.

Trong sơ đồ ở hình. 1.2 và PT có bộ điều khiển được sử dụng R- I-chuyển tiếp, và trong sơ đồ trong hình. 1.2, b - Transistor MOS hoạt động ở chế độ làm giàu. Trong bộ lễ phục. 1.2, V. hiển thị MOSFET hoạt động ở chế độ cạn kiệt. Trong các bóng bán dẫn MOS, cổng được mô tả như một tấm tụ điện, tượng trưng cho điện dung do sự hình thành của một lớp oxit rất mỏng cách điện tiếp xúc kim loại của cực cổng với kênh. (Thuật ngữ "bóng bán dẫn MOS" xuất phát từ phương pháp sản xuất này.)

Do FET được điều khiển bởi điện áp đầu vào chứ không phải dòng điện như bóng bán dẫn lưỡng cực, nên tham số khuếch đại dòng tín hiệu được thay thế bằng độ dẫn g tôi. Độ dẫn truyền là thước đo chất lượng của bóng bán dẫn hiệu ứng trường và đặc trưng cho khả năng của điện áp cổng điều khiển dòng thoát. Biểu thức cho độ dẫn truyền như sau:

Đơn vị g tôi, gọi là siemens, là nghịch đảo của đơn vị điện trở (1 cm = 1/ohm). Như sau từ biểu thức (1.2), tham số g tôi đối với FET, đó là tỷ lệ giữa mức tăng dòng thoát với mức tăng điện áp cổng ở mức điện áp không đổi giữa nguồn và cống.

Trong một bóng bán dẫn hiệu ứng trường có bộ điều khiển R- kênh tiếp giáp n và kênh loại n (Hình 1.2, a) khi đặt điện áp âm vào cổng, kênh bị cạn kiệt các hạt mang điện và độ dẫn của kênh giảm. (Đối với FET kênh p, độ dẫn điện giảm khi đặt điện áp dương vào cổng.) Vì FET không tiếp giáp chỉ có hai vùng với các loại dẫn điện khác nhau (cực nguồn và cực cống được kết nối với một vùng và cực cổng sang bên kia), độ dẫn điện giữa nguồn và cống cùng loại với độ dẫn của kênh. Do đó, không giống như một bóng bán dẫn lưỡng cực, có bạn Q 3 = 0 dòng thu là 0, dòng điện kênh có thể chảy ngay cả ở điện áp nguồn cổng bằng 0. Vì dòng điện trong kênh là hàm của điện áp Uzi nên kênh bóng bán dẫn hiệu ứng trường có bộ điều khiển R- Tiếp giáp n có thể dẫn dòng điện theo cả hai chiều: từ nguồn đến cực máng và ngược chiều (trong tranzito lưỡng cực, dòng cực góp ở chế độ vận hành luôn có một chiều). Trong trường hợp này, điểm vận hành (ví dụ: đối với mạch loại A) cho các bóng bán dẫn đó được đặt bằng cách đặt điện áp khuynh hướng đảo ngược cổng, trái ngược với sự phân cực thuận của mối nối cơ sở trong các bóng bán dẫn lưỡng cực [Trong một bóng bán dẫn có bộ điều khiển R- điểm nối n thường đặt điện áp chặn U 8i vào điểm nối (âm đối với kênh n) và dòng điện cực đại trong kênh đạt được ở U 3 i = 0. Hướng của dòng điện trong kênh phụ thuộc vào cực tính của nguồn điện kết nối với kênh; Khi đảo cực của nguồn điện, thiết bị đầu cuối vốn là cống sẽ trở thành nguồn và ngược lại. - Ghi chú biên tập.].

Như đã lưu ý ở trên, cổng trong bóng bán dẫn MOS được cách ly với kênh bằng chất điện môi, chẳng hạn như silicon dioxide (SiO 2). Trong trường hợp này, cổng có điện trở đầu vào rất cao và có thể được cung cấp cả độ phân cực thuận để làm giàu kênh bằng các sóng mang (điều này sẽ làm tăng dòng điện đi qua) và độ lệch ngược để làm cạn kiệt kênh với các sóng mang (điều này sẽ làm giảm kênh hiện tại Một). Do đó, có thể sản xuất hai loại bóng bán dẫn MOS khác nhau: để hoạt động ở chế độ làm giàu và cạn kiệt (ở đây chúng tôi muốn nói đến các bóng bán dẫn MOS có kênh tích hợp).

MOSFET cạn kiệt có dòng xả ở độ lệch đầu vào bằng 0. Điện áp phân cực ngược làm giảm dòng thoát xuống một giá trị nhất định tùy thuộc vào dải động cần thiết của tín hiệu đầu vào. Như thể hiện trong hình. 1.2.6, đối với các bóng bán dẫn loại cạn kiệt, đường biểu thị kênh là liên tục, nghĩa là có sự hiện diện của mạch kín và dòng điện chạy trong kênh (dòng cống) ở độ lệch cổng 0.

Trong các MOSFET loại được làm giàu, dòng thoát ở độ lệch bằng 0 là nhỏ. Điện áp phân cực làm tăng dòng thoát đến một giá trị nhất định tùy thuộc vào dải động của tín hiệu đầu vào. Trong các bóng bán dẫn MOS loại được làm giàu, dòng biểu thị kênh không liên tục, tượng trưng cho sự ngắt mạch ở độ lệch bằng 0. Để tăng dòng điện đến mức cần thiết cho hoạt động bình thường của mạch điện chẳng hạn như bộ khuếch đại, phải sử dụng độ lệch thích hợp.

Đặc tính hiệu suất của các mạch thể hiện trong hình. 1.D tương tự như đặc điểm của các mạch được trình bày trong Hình. 1.11. Sơ đồ trong hình. 1.2, phù hợp nhất cho việc sử dụng thực tế. Như trong trường hợp đã thảo luận trước đó, có sự đảo pha giữa tín hiệu đầu vào và đầu ra. Điện áp nguồn thường được ký hiệu là E s. Để giảm sự sụt giảm điện áp tín hiệu trên điện trở trong của nguồn điện và nguồn phân cực, chúng được nối song song với các tụ điện có kích thước phù hợp (Hình 11.2, a). Dòng tín hiệu của mạch cổng và mạch máng được đóng lại thông qua các tụ điện này.