Комплексный метод расчета цепей синусоидального тока


Электронные приборы и устройсва

Импульсные сигналы и их параметры. Видео и радиоимпульсы. Прямоугольные импульсы, меандр. Параметры импульсов. Логические элементы на полевых транзисторах. КМОП логика. Параметры. Применение.

Биполярные транзисторы

Транзисторы являются управляемыми полупроводниковыми приборами, обеспечивающими усиление сигналов. По принципам действия их делят на управляемые электрическим током (биполярные) и управляемые электрическим полем (полевые).

Рис. 12.13

Биполярный транзистор представляет собой совокупность двух электронно-дырочных переходов с общей n-областью (или р-областью), взаимодействующих между собой так, что обратный ток одного из р-n – переходов является функцией прямого тока второго перехода (рис. 12.13). В основе указанного взаимодействия лежит явление инжекции – ввода неосновных носителей тока в общую область, например дырок в
р-области в общую n-область. Стабильность коэффициента передачи замкнутой системы с ОС

Ввод дырок одной из р-областей в общую n-область происходит в несимметричном p-n – переходе при прохождении через него прямого тока . Таким образом, действие биполярного транзистора основано на процессе управления концентрациями неосновных носителей тока.

Если, например, к левому р-n – переходу подключить источник напряжения , то через первый переход пойдет прямой ток , который в
р-области левого перехода будет практически дырочным током . Поток дырок, создающих , вводится (инжектируется) в n-область. Часть инжектированных дырок рекомбенирует в n-области с электронами, поступающими от источника  Однако, большинство дырок, которые в n-области являются неосновными носителями, захватывается электрическим полем правого перехода, создавая ток . Поэтому через правый р-n – переход проходит в обратном направлении ток

, (12.3)

где  – ток, обусловленный собственными носителями;  – ток, обусловленный инжектированными носителями.

Таким образом, левый р-n – переход с прямым током поставляет в
n-область неосновные носители тока – эмиттирует и поэтому называется эмиттерным. Он является управляющим переходом. Правый p-n – переход собирает поставленные в n-область неосновные носители тока и называется коллекторным. Общая n-область называется базой. Отходящие от соответствующих областей металлические выводы (электроды) называются эмиттером Э, коллектором К и базой Б биполярного транзистора (рис. 12.14), а токи, проходящие по ним – токами эмиттера , коллектора  и базы . База, как указывалось, может иметь электронную и дырочную проводимость. Соответственно различаются биполярные транзисторы типа p-n-p и n-p-n.

Рис. 12.14

Биполярный транзистор выполняется из кристалла германия или кремния, в котором путем вплавления, диффузии (или другим технологическим способом) примесей, например, индия, формируются два электронно-дырочных перехода (рис. 12.14).

Различают входные и выходные вольт-амперные характеристики биполярного транзистора. Входная, или базовая, характеристика – это зависимость между током и напряжением на входе транзистора  (рис. 12.15 а).

Известны три схемы включения транзисторов:

1) с общей базой (рис. 12.16 а) – используют в устройствах для усиления напряжения и мощности;

2) с общим эмиттером (рис. 12.16 б) – применяют для усиления мощности;

3) с общим коллектором (рис. 12.16 в) – схема обладает большим выходным сопротивлением, и ее используют в так называемых эмиттерных повторителях для повышения входного сопротивления электронного устройства.

 а) б)

Рис. 12.15

 

 а) б) в)

Рис.12.16

Биполярные транзисторы обозначают буквами ГТ (германиевые) и КТ (кремниевые) с цифрами, характеризующими параметры транзистора. Основные электрические параметры транзистора следующие: ,  – ток базы и ток коллектора соответственно,  – напряжение между базой и эмиттером,  – напряжение между коллектором и эмиттером. Кроме этих параметров для расчета и анализа устройств с биполярными транзисторами используются так называемые h-параметры:   – входное сопротивление транзистора,  – коэффициент обратной связи по напряжению,  – коэффициент передачи по току (характеризует усилительные свойства транзистора),  – характеризует выходную проводимость.

Полевые транзисторы Полевые транзисторы разделяют на униполярные (с одним p-n - переходом) и полевые с изолированным затвором (без p-n - перехода) или со структурой МДП (металл – диэлектрик – полупроводник).

Интегральные микросхемы Постоянное усложнение схем электронных устройств привело к существенному увеличению количества входящих в них элементов.

Электронно-оптические приборы Индикаторные приборы.

Газоразрядные индикаторы Газоразрядный индикатор относится к ионным приборам тлеющего разряда и выполняется с холодным катодом.

Полупроводниковые индикаторы Принцип действия полупроводникового индикатора основан на излучении квантов света при рекомбинации носителей заряда в области р-n – перехода, к которому приложено прямое напряжение.

Жидкокристаллические индикаторы Жидкокристаллические индикаторы не излучают собственный свет, а только воздействуют на свет, проходящий через индикатор.

Среднее и действующее значения

Кроме мгновенных и амплитудных значений переменные величины характеризуются еще средним и действующим значениями.

Среднее значение переменного тока Iср за полупериод равно величине такого постоянного тока, при котором в течение полупериода через поперечное сечение проводника проходит то же количество электричества, что и при переменном токе.

Среднее значение переменных величин обозначается: Iср; Uср; Eср .

Среднее значение синусоидальных величин за полупериод

; ;  (4.11)

Среднее значение синусоидального тока (синусоидальной величины) за период равно нулю, так как за половину периода определенное количество электричества проходит по проводнику в одном направлении, а за вторую половину периода то же количество электричества проходит в обратном направлении. Под средним значением подразумевают постоянную составляющую переменной величины.


Магнитное поле и магнитные цепи