Усилительным элементом

Коэффициент усиления по мощности Кр можно представить как произведение Кя Kt. Из всех усилительных каскадов на биполярных транзисторах каскад ОЭ обладает лучшими усилительными свойствами. Он хорошо усиливает напряжение, ток и мощность (ЛТр>103).

Из этой формулы следует, что для уменьшения Pta целесообразно использовать транзисторы с достаточно хорошими усилительными свойствами, малыми паразитными емкостями при минимально возможных напряжении питания и запасе помехоустойчивости. При современном уровне развития технологии с использованием боковой диэлектрической изоляции тонкослойных структур достижимо значение Pt3 — 1пДж (при Р = = 1 мВт обеспечивается время задержки ta = 1нс).

Очень перспективными являются различные гибридные схемы на полевых и биполярных транзисторах, обладающие хорошими усилительными свойствами при улучшенной температурной стабилизации. Переключающие схемы на полевых транзисторах отличаются низким потреблением мощности при малых рабочих токах, хотя сопротивление их канала во включенном состоянии обычно на порядок превышает сопротивление биполярных транзисторов при насыщении.

Полевые транзисторы в отличие от биполярных основаны на управлении процессами в полупроводниковых приборах с помощью электрического поля. Обладая усилительными свойствами, полевые транзисторы являются униполярными полупроводниковыми приборами, так как прохождение в них тока обусловлено дрейфом носителей заряда одного знака в продольном электрическом поле через управляемый канал р- или п-типа. Управление значением тока через канал осуществляется поперечным электрическим полем (а не током, как в биполярных транзисторах), о чем свидетельствует сам термин «полевые транзисторы». Таким образом, принцип работы полевого транзистора в самых общих чертах основан на том, что изменение напряженности поперечного электр-ического поля изменяет проводимость канала, по которому проходит ток выходной цепи.

В отличие от диодных ключей, у которых "вход и выход непосредственно связаны между собой, транзисторные ключи позволяют осуществить разделение управляющей (входной) и управляемой (выходной) цепей, что часто необходимо на практике. Кроме того, транзисторные ключи обладают усилительными свойствами, а следовательно, возможностью получения прямоугольных импульсов с крутыми фронтами из синусоидального напряжения небольшой амплитуды.

Основным полупроводниковым прибором следует считать транзистор, обладающий усилительными свойствами. Появление транзистора в конце сороковых — начале пятидесятых годов послужило толчком к стремительному развитию полупроводниковой электроники. Промышленностью выпускаются преимущественно биполярные и полевые транзисторы. Биполярный транзистор содержит два близко (на расстоянии около 1 мкм и менее) расположенных друг к другу p-n-перехода, сопротивление одного из которых (коллекторного) зависит от прямого тока, протекающего через другой (эмиттерный). Работа полевых транзисторов основана на изменении сопротивления тонкого приповерхностного слоя полупроводника (канала) под действием напряжения, подаваемого на изолированный от канала (p-n-переходом или диэлектриком) электрод (затвор). Промышленность выпускает транзисторы, предназначенные для работы в широком диапазоне напряжений, токов и частот, в том числе в микроминиатюрном исполнении (бескорпусные). Выпускаются также приборы, содержащие три р-/?-перехода — тиристоры, эквивалентные по свойствам электрически управляемым ключам и используемые главным образом в устройствах автоматики.

Работа транзисторов с нагрузкой. При работе транзисторов в качестве усилительных элементов в их выходную цепь включают нагрузку, а во входную — источник сигнала. Наилучшими усилительными свойствами обладают транзисторы, включенные по схеме с общим эмиттером ( 16.27, а) и общим истоком ( 16.27,6). Режим работы транзистора с нагрузкой называют динамическим. В таком режиме напряжения и токи на электродах транзистора непрерывно изменяются.

Усилитель на БТ, включенном по схеме с ОБ ( 16.30, а), имеет низкое входное сопротивление и коэффициент передачи тока, меньший 1. Наилучшими усилительными свойствами обладают усилители с включением транзисторов по схемам с общим эмиттером ( 16.30,6) и общим истоком ( 16.31,6). При включении БТ по схеме с общим коллектором ( 16.30, в) усилитель работает как повторитель напряжения (Я„->1), имеет высокое входное и низкое выходное сопротивления.

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 18.7. Здесь в качестве усилительного элемента используется ПТ с ^-«-переходом и каналом я-типа. Усиленный входной сигнал выделяется в нагрузке Лн, включенной в цепь стока. В цепь истока включен резистор КЛ. В режиме покоя через резистор Л„ протекает

Включение транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). На 5.8, а изображена схема включения транзистора с ОЭ. Общей точкой для входной и выходной цепей является эмиттерный вывод. Источник базового напряжения Еб служит для обеспечения инжекции основных носителей из р-области эмиттера в «-область базы через эмиттерный переход. Источник коллекторного напряжения Ек предназначен для создания ускоряющего поля, перебрасывающего неосновные носители из области базы в область коллектора, т. е. для обеспечения экстракции в коллекторном переходе. Полярности напряжений и их значения соответствуют нормальному режиму работы транзистора, обладающего усилительными свойствами, т. е. когда ?0
\. Правильно. 2. Не только. Свет имеет двойственную природу. 3. Неверно. Ведь взлетная зона и зона проводимости у металлов перекрываются. 4. Правильно. 5. Неверно. В схеме с освещенным фотодиодом возникает фото-ЭДС, направленная против Еа 6. Неверно. В базе существует и электронный ток. 7. Неверно. Можно, так как фототранзистор обладает усилительными свойствами. 8. Неверно. Не путайте полупроводниковый фоторезистор с полупроводниковым диодом. 9. Неверно. Каким бы ни был спектральный состав излучения, энергия фотона не зависит от Ф. 10. Неверно. В ФЭУ происходит усиление тока и, следовательно, /„>/к. 11. Не только электронами. Дырки также участвуют в образовании тока. 12. Правильно. 13. Неверно. В схеме с неосвещенным фотодиодом .источник Еа включен в обратном направлении и поэтому ток /2 очень мал. 14. Неверно. Читайте консультацию № 28. 15. Неверно. При коротком замыкании /?? напряжение между динодами Д, и Д2 станет равным нулю и, следовательно, ток ФЭУ упадет до нуля. 16. Неверно, читайте консультацию № 3. 17. Неверно. Читайте консультацию № 5. 18. Неверно. В схеме (см. 17.13) темновой ток больше за счет положительного напряжения, приложенного к участку эмиттер—база. 19. Неверно. Читайте консультацию № 74. 20. Неверно. Ведь это полное напряжение источника (7„. 21. Это невозможно, так как 1/ф + ?/„ = Ё и если l/ф увеличивается, то U,, должно уменьшиться. В действительности ?7Ф уменьшается, a U,, растет. 22. Неверно. Полярность освещенного фотодиода обратив выбранной вами. 23. Не только. Свет имеет двойственную природу. 24. Правильно. Разъяснения в консультации № 15. 25. Правильно. 26. Неверно. Вспомните принцип действия транзистора. 27. Неверно, скорость будет уменьшаться. 28. Неверно. Наоборот, электроны базы снижают потенциальный барьер, способствуя увеличению дырочного тока. 29. Правильно. 30. Неверно. Вспомните принцип действия транзистора. 31. Правильно. 32. Неверно. Энергия фотонов зависит от частоты излучения. 33. Неверно. Рассмотрите внимательно энергетическую характеристику фоторезистора (см. 17.7). 34. Правильно. 35. Не только дырками. Электроны также участвуют в образовании тока. 36. Неверно. Читайте консультацию № 15. 37. Неверно. При любой конструкции фототранзистор обладает усилительными свойствами. 38. Неверно. Наоборот, уменьшается. 39. Неверно. Полярность неосвещенного фотодиода обратно выбранной вами. 40. Неверно. Ведь происходит усиление тока фотокатода.

Триод является активным усилительным элементом и находит применение в мощных высокочастотных стабильных генераторах. В нем можно получить значительное изменение анодного тока при относительно небольшом изменении напряжения на сетке.

Большую группу усилителей составляют дифференциальные усилители. Данный тип усилителей является базовым усилительным элементом аналоговых ИМС. Особый класс аналоговых ИМС представляют собой операционные усилители (ОУ), имеющие широкое применение в аналоговых и цифроаналоговых БИС.

При подаче напряжения между истоком / и стоком 4* в полупроводниковой пленке возникают токи, ограниченные пространственным зарядом. С помощью затвора в пленке создается поперечное поле. В результате часть подвижных носителей оказывается связанной на поверхности пленки, а плотность подвижных носителей уменьшается. При подаче на затвор постоянного смещения и переменного сигнала прибор становится усилительным элементом.

Следует иметь в виду, что частотные искажения в усилителе всегда сопровождаются появлением сдвига фаз между входным и выходным сигналами, т. е. фазовыми искажениями. При этом под фазовыми искажениями обычно подразумевают лишь сдвиги, создаваемые реактивными элементами усилителя, а поворот фазы самим усилительным элементом во внимание не принимается.

На 20.3 приведена схема последовательного транзисторного стабилизатора с усилителем в цепи обратной связи, отличающаяся более высоким коэффициентом стабилизации. В этой схеме транзистор VT2 является одновременно сравнивающим и усилительным элементом, а 'транзистор VT1 выполняет функции регулирующего элемента.

В полупроводниковых усилителях усилительным элементом является транзистор. Принцип действия, характеристики и параметры транзисторов были рассмотрены в работе № 1.

При подаче напряжения между истоком / и стоком 4* в полупроводниковой пленке возникают токи, ограниченные пространственным зарядом. С помощью затвора в пленке создается поперечное поле. В результате часть подвижных носителей оказывается связанной на поверхности пленки, а плотность подвижных носителей уменьшается. При подаче на затвор постоянного смещения и переменного сигнала прибор становится усилительным элементом.

Полупроводниковым усилительным элементом является транзистор, в котором током коллектора управляют путём изменения тока в цепи базы или эмиттера. Усиление мощности подводимого сигнала транзистором может достигать десятков тысяч раз.

имеет наименьшую стоимость, вес и объём вследствие малых размеров и стоимости применяемых в нём деталей. Однако коэффициент усиления реостатного каскада несколько меньше, чем дроссельного и трансформаторного. Кроме того, реостатный каскад непригоден для мощного усиления, так как почти вся отдаваемая усилительным элементом мощность выделяется в сопротивлении Ra (ИЛИ RK).

Динамические характеристики широко используются при графическом анализе работы усилительного каскада и практических расчётах. Так, например, по динамическим характеристикам находят положение точки покоя (начальной рабочей точки) на семействе статических характеристик усилительного элемента и соответствующие этой точке ток и напряжение; определяют вносимые усилительным элементом нелинейные искажения. По ним можно найти коэффициент усиления каскада, отдаваемые ^напряжение и мощность сигнала, определить необходимые входное напряжение, ток и мощность, а также мощность, потребляемую каскадом от источника питания.

ла Я~ , отдаваемой усилительным элементом, представляющее собой коэффициент полезного действия трансформатора ?\тр, равно