Включение транзисторов

1.23. Включение транзистора типа п-р-п по схеме с общим эмиттером (а) и его схема замещения (б)

Эмиттерный переход обычно смещается в прямом направлении, а коллекторный — в обратном (нормальное или прямое включение транзистора). Если эмиттерный переход смещен в обратном направлении, а коллекторный — в прямом, то такое включение биполярного транзистора называется инверсным или обратным.

Основной схемой включения биполярного транзистора является схема с общим эмиттером (ОЭ). На 2.15 приведена схема ОЭ для нормального включения «-^-«-транзистора. Напряжение [7бэ смещает эмиттерный переход в прямом направлении. Поскольку напряжение ?/6э значительно меньше, чем напряжение икэ(и5э <0,7 В, а [/„ обычно составляет единицы или десятки вольт), то коллекторный переход оказывается смещенным в обратном направлении, т. е. имеется нормальное включение транзистора.

Диодное включение транзистора (обычно п-р-п-тк-па) достигается при выполнении внутрисхемных металлизации, проводимых после формирования всех элементов ИМС. На 2.28 приведены пять схем включения биполярного транзистора в качестве диода. В первом случае в качестве диода (схема а) используется коллекторный р-и-переход транзистора. Такой диод имеет относительно большое пробивное напряжение (до 50 В), но характеризуется невысоким быстродействием. Диод (схема б), использующий эмиттерный р-и-переход, имеет повышенное быстродействие, но небольшое пробивное напряжение (до 7 В). Для диодов схемы в и д пробивное напряжение одинаково с диодом схемы б, а для г—с я. Самый большой обратный ток имеет место в диоде схемы д, где /?-п-переходы транзистора включены параллельно. Падение напряжения на диоде при заданном прямом токе максимально для диода (схема б), а минимально для диода (схема г). Необходимо отметить, что на практике чаще всего используются диоды (схемы бив).

Если эмиттерный переход напряжением ?/эв смещен в прямом направлении, а коллекторный переход напряжением (7кб — в обратном (см. 2.9, а, в), то включение транзистора называют нормальным. При перемене полярности напряжений (/Эб и UK& получим инверсное включение транзистора.

Вершина импульса 155 Включение транзистора 35

В режиме насыщения оба перехода открыты, в режиме отсечки оба перехода закрыты. На 3.35, б область DBCF линии нагрузки соответствует активному режиму, область OD — режиму насыщения, область ниже OF — режиму отсечки. Кроме рассмотренных трех режимов работы транзистора, иногда применяют инверсный режим (инверсное включение) транзистора, при котором коллекторный переход открыт, а эмиттерный переход закрыт. Области всех режимов показаны на 3.35, в. Режим лавинного умножения используют только для специальных «лавинных» транзисторов. Линия abed является ограничительной по току (участок ab), по допустимой мощности, рассеиваемой коллектором (участок be), и по напряжению (участок cd). Рабочая точка на линии нагрузки не должна выходить за ограничительную линию.

Практически пользуются упрощенной эквивалентной схемой транзистора для усилительного режима. Сопротивления гээ и гкк настолько малы по сравнению с гэ и гк, что ими обычно пренебрегают. Емкости переходов Сэ и Ск следует учитывать только на высоких частотах, поэтому в упрощенной эквивалентной схеме их тоже не указывают. Генератор тока h2liiK нужен только при инверсном включении транзистора. Если же включение транзистора нормальное и режим работы активный (усилительный), то вместо диодов в эквивалентной схеме можно показать активные сопротивления гэ и гк. Упрощенная эквивалентная схема транзистора показана на 3.36, б. Она широко применяется для расчета и анализа транзисторных схем.

Включение транзистора по схеме с общей базой применяется обычно на более высоких частотах, однако эта схема характеризуется коэффициентом усиления по току меньшим единицы /0<1. При этом выходное напряжение u.ux оказывается в фазе с входным напряжением и.». Для схемы включения транзистора с общим коллектором ( 6.1.4) коэффициенты усиления по току, напряжению ности определяют из выражений

Электрод, от которого в канал поступают основные носители (в данном случае электроны), называется истоком И. Электрод, к которому из канала движутся основные носители, называется стоком С. В полевом транзисторе с каналом n-типа сток имеет положительную полярность относительно истока; р—п-переход между затвором и каналом работает при обратном напряжении, для этого на затвор подается отрицательное смещение относительно истока ( 53, в). В этом случае включение транзистора аналогично включению электронной лампы, и выводы И, С, 3 соответствуют (в порядке перечисления) катоду, аноду и сетке.

Решение. На 12.2 изображено включение транзистора по схеме с общей базой, для которой коэффициент усиления по току

Дифференциальные усилители используются как основной элемент в операционных усилителях, компараторах, стабилизаторах или в виде отдельной типовой интегральной микросхемы (ИМС). При микроэлектронном исполнении приведенный дрейф нуля, вызванный, например, изменением температуры, равен примерно 1 мкВ/град. В то же время при работе только одной из половин усилителя дрейф нуля составил бы около 2 мВ/град, т. е. возрос бы на три порядка. Столь малый дрейф нуля в дифференциальном усилителе микроэлектронного исполнения достигается за счет технологических и схемотехнических мер. К. технологическим мерам относится выполнение в едином технологическом цикле всех элементов дифференциального усилителя, особенно транзисторов Т\, Т2 и резисторов /?кь RKZ- Поэтому их основные параметры и температурные свойства практически одинаковы, что обеспечивает максимальную симметрию в усилителе. Включение транзисторов Т3, Т\ с резисторами ,R33, КБ з. RK.* ( 3.5) является схемотехнической мерой, направленной на большую температурную стабилизацию. Транзистор Т3 работает в режиме почти не изменяющегося тока при изменениях температуры. Такой режим обеспечивается, во-первых, выбором рабочей точки на пологом участке выходной характеристики транзи-,.стора, что достигается включением резисторов 7?эз, RE з необходимого номинала, а во-вторых, наличием транзистора Г4 в диодном включении в базовой цепи транзистора Т3, что компенсирует температурные смещения его входной характеристики.

Различают два способа включения транзисторов в электронные фильтры: последовательно и параллельно нагрузочным устройствам. Последовательное включение транзисторов характерно для выпрямителей, имеющих высокое выходное напряжение (300—• 400 В). Параллельное включение осуществляется при низких выходных напряжениях, не превышающих нескольких десятков вольт.

дением в качестве ключей применяют транзисторы, включаемые по двухтактной схеме ( 9.47). Рассматриваемый преобразователь представляет собой релаксационный генератор импульсов прямоугольной формы с трансформаторной положительной обратной связью. Для обеспечения такой формы генерируемых колебаний материал сердечника трансформатора должен иметь петлю гистерезиса прямоугольной формы ( 9.48). Наибольшее применение в подобных устройствах находит включение транзисторов по схеме с общим эмиттером, так как именно такое включение обеспечивает большой коэффициент усиления по мощности.

Значительное улучшение качественных показателей обеспечивают бестрансформаторные выходные каскады, один из вариантов которых приведен на 9.13, в. Благодаря использованию транзисторов противоположной проводимости можно включить низкоомную нагрузку непосредственно между общей точкой комплементарной пары и нулевым выводом двуполярного источника питания (или двух независимых источников). Если оба транзистора подобраны с одинаковыми параметрами и характеристиками, то с помощью цепей смещения схема приводится к симметричному виду таким образом, чтобы в режиме покоя через нагрузку не протекала постоянная составляющая тока. При подаче гармонического входного сигнала транзисторы открываются и закрываются попеременно, пропуская в нагрузку полусинусоиды тока, как и в двухтактном трансформаторном каскаде. Такое включение транзисторов по существу представляет собой сложный эмиттерный повторитель с большим коэффициентом усиления по току и близким к единице коэффициентом усиления по напряжению.

Базовая схема, реализующая логическую функцию ИЛИ-НЕ для положительной логики на КМОП-транзисторах, приведена на 10,8, б. Здесь используется параллельное включение транзисторов п -типа и последовательное включение транзисторов р-типа. Входные транзисторы и-типа по затвору связаны с транзисторами р-типа.

В усилителе постоянного тока (транзистор TZ) используют транзисторы с большим коэффициентом усиления по току, а в качестве регулируемого транзистора Т\ нужно выбрать транзистор, у которого допустимый ток коллектора превышает ток нагрузки стабилизатора. Если ток нагрузки превышает допустимый для данного транзистора, то применяют шунтирование его резистором или параллельное включение транзисторов. В последнем случае для равномерного распределения токов между транзисторами в цепи базы или эмиттера включают резисторы небольшого сопротивления. Коэффициент стабилизации составляет 50—80, а для получения больших его значений можно применить многокаскадные усилители постоянного тока. В некоторых случаях для повышения стабильности используют термокомпенсацию измерительного элемента.

кое включение транзисторов используется, когда потенциал эмиттера управляющего транзистора (VI на 5.8) ниже потенциала эмиттера управляемого транзистора (V3). Тогда между ними включается транзистор V2 типа п-р-п. Вторым случаем, когда применяют такое сочетание транзисторов с разными проводимостями переходов, являются устройства, практически не потребляющие энергию в одном все транзисторы в этом состоянии

В данном случае применено инверсное включение транзисторов,, когда ток управления проходит по цепи база — коллектор. За счет этого при открытом переключателе остаточное напряжение каждого из транзисторов составляет единицы милливольт, что гораздо меньше того же напряжения при прямом включении транзисторов. Поскольку транзисторы включены встречно и имеют почти идентичные характеристики, то разность остаточных напряжений — остаточное напряжение переключателя ?/0ст — в целом может составлять десятки микровольт. Остаточное сопротивление открытого переключателя составляет несколько десятков Ом. В закрытом состоянии переключатель характеризуется током утечки между эмиттерами /зак. Для данного типа переключателя [/Ост^0,2 мВ (при токе управления /у^0,5 мА); /зак^1 мкА; максимальное напряжение управления ?/у.макс = 15 В; максимально допустимое напряжение между эмиттерами закрытого переключателя (/зак.макс = 30 В;. • максимальный ток эмиттера /э.Макс = 25 мА.

Низкое значение параметра ти объясняется тем, что при увеличении числа ярусов схемы И требуются МДП-транзисторы с более высокой крутизной характеристик, чем в схемах ИЛИ — НЕ, для сохранения одинакового сопротивления последовательно включенных транзисторов. Кроме того, ярусное включение транзисторов усложняет топологию и уменьшает степень интеграции ИМС на МДП-транзисторах р-типа. Вместе с тем ярусное включение МДП-транзисторов позволяет создавать логические ИМС, обладающие большей гибкостью, чем ИМС на биполярных транзисторах при построении сложных функциональных узлов.

Диоды Д4 и Д5 являются диодами смещения и всегда поддерживаются в открытом состоянии источником (73. При малых токах падение напряжения на диодах определяется характеристиками р—п переходов. В качестве диодов смещения используется диодное включение транзисторов (t/кь = 0), которое функционирует и при небольшом напряжении источника Ul.

3.7. ДИОДНОЕ ВКЛЮЧЕНИЕ ТРАНЗИСТОРОВ