Здесь можно найти образцы любых учебных материалов, т.е. получить помощь в написании уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ и рефератов. Так же вы мажете самостоятельно повысить уникальность своей работы для прохождения проверки на плагиат всего за несколько минут.

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ 

 

Здравствуйте гость!

 

Логин:

Пароль:

 

Запомнить

 

 

Забыли пароль? Регистрация

Повышение уникальности

Предлагаем нашим посетителям воспользоваться бесплатным программным обеспечением «StudentHelp», которое позволит вам всего за несколько минут, выполнить повышение уникальности любого файла в формате MS Word. После такого повышения уникальности, ваша работа легко пройдете проверку в системах антиплагиат вуз, antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru. Программа «StudentHelp» работает по уникальной технологии и при повышении уникальности не вставляет в текст скрытых символов, и даже если препод скопирует текст в блокнот – не увидит ни каких отличий от текста в Word файле.

Результат поиска


Наименование:


курсовая работа Исследование свойств транзисторов

Информация:

Тип работы: курсовая работа. Добавлен: 16.05.2012. Сдан: 2011. Страниц: 15. Уникальность по antiplagiat.ru: < 30%

Описание (план):


Введение 

    Полупроводниковые приборы ( диоды и транзисторы) благодаря  малым габаритам и массе, незначительному  потреблению электроэнергии, высокой  надёжности и долговечности широко применяются в различной радиоэлектронной аппаратуре. В настоящее время  почти вся бытовая радиоэлектронная техника, включая телевизоры, приёмники, магнитофоны и др., работает на полупроводниковых приборах и микросхемах. Применение полупроводниковых приборов в электронных вычислительных машинах позволило решить проблему достижения высоких эксплуатационных параметров ЭВМ при обеспечении требуемой надёжности. Для конструирования надёжных схем на транзисторах, то есть для правильного выбора типа транзистора, грамотного расчёта схем, выбора оптимального теплового и электрического режимов, необходимо располагать подробными сведениями, характеризующими эксплуатационные свойства транзисторов.
    Действие  транзистора можно сравнить с  действием плотины. С помощью  постоянного источника (течения  реки) и плотины создан перепад  уровней воды. Затрачивая очень небольшую энергию на вертикальное перемещение затвора, мы можем управлять потоком воды большой мощности, т.е. управлять энергией мощного постоянного источника
       Срок службы полупроводниковых  триодов и их экономичность  во много раз больше, чем у  электронных ламп. За счёт чего транзисторы нашли широкое применение в микроэлектронике — теле-, видео-, аудио-, радиоаппаратуре и, конечно же, в компьютерах. Они заменяют электронные лампы во многих электрических цепях научной, промышленной и бытовой аппаратуры.
          Преимущества транзисторов по сравнению с электронными лампами - те же, как и у полупроводниковых  диодов - отсутствие накалённого катода, потребляющего значительную мощность и требующего времени для его  разогрева. Кроме того, транзисторы сами по себе во много раз меньше по массе и размерам, чем электрические лампы, и транзисторы способны работать при более низких напряжениях и более высоких частотах.
       Но наряду с положительными  качествами, триоды имеют и свои  недостатки. Как и полупроводниковые  диоды, транзисторы очень чувствительны к повышению температуры, электрическим перегрузкам и сильно проникающим излучениям (чтобы сделать транзистор более долговечным, его помещают в специальные  корпуса ).
          Основные материалы  из которых изготовляют транзисторы — кремний и германий, перспективные – арсенид галлия , сульфид цинка и широко зонные проводники .
       Существует 2 типа транзисторов: биполярные  и полевые.  
      Биполярный транзистор представляет  собой транзистор, в котором используются  заряды носителей обеих полярностей.
 

    Электронно  – дырочный p – n переход 

    В основе принципа действия подавляющего большинства полупроводниковых  приборов лежат процессы, происходящие в переходном слое, образованном в  полупроводнике на границе двух зон  с проводимостями различного типа, p и n типа. Для простоты эту границу принято называть p – n переходом, или электронно -  дырочным переходом, что характеризует вид основных носителей зарядов в двух примыкающих друг к другу зонах полупроводника.
    Различают два вида p – n переходов: плоскостной и точечный. Плоскостной переход получается путём помещения кусочка примеси, например, индия на поверхность германия n типа и последующего нагревания до расплава примеси. При поддержании определённой температуры в течение определённого времени происходит диффузия части атомов примеси в пластинку полупроводника на небольшую глубину. Создаётся зона с проводимостью, противоположной проводимости исходного полупроводника, в данном случае p типа для n германия.
    Точечный  переход получается в результате установления плотного электрического контакта тонкого проводника, имеющего электронную проводимость, с поверхностью полупроводника p типа. Именно на этом принципе действовали первые кристаллические детекторы, которые применялись в 20 – 30-х годах.
    Но  такие детекторы были крайне чувствительны к положению заострённого конца проволочки на поверхности полупроводника, к чистоте его поверхности, вследствие чего приходилось очень часто подстраивать его. Своё название детектор получил от английского слова, означающего устройство, предназначенное для обнаружения в данном случае сигнала и чувствительной точки. В настоящее время точечные переходы получаются путём вплавливания конца тонкой металлической проволоки в поверхность полупроводника n типа. Вплавление осуществляется в момент подачи кратковременного мощного импульса электрического тока. Под действием тепла, которое образуется за этот короткий промежуток времени, часть электронов вырывается из атомов полупроводника, находящихся вблизи точечного контакта, оставляя после себя дырки. В результате этого небольшой объём полупроводника n типа в непосредственной близости от контакта превращается в полупроводник p типа.
    Характерной особенностью p – n перехода является резко выраженная зависимость его электрической проводимости от полярности приложенного к нему внешнего напряжения, чего никогда не наблюдается в полупроводнике одной проводимости. Для того чтобы уяснить, почему это происходит, надо обратиться к действию внешнего напряжения различной полярности, прикладываемого к двум зонам полупроводника, имеющим проводимости разного типа.
    В том случае, когда положительный  полюс напряжения приложен к зоне p, где основными носителями заряда являются дырки, а отрицательный полюс – к зоне n, где основные носители заряда – электроны, под действием внешнего поля дырки будут отталкиваться положительным потенциалом, а электроны – отрицательным. Под действием этих сил дырки и электроны будут двигаться навстречу друг другу, к p – n переходу, где происходит их рекомбинация. Пока приложено напряжение, через переход всё время течёт ток. Чем больше напряжение, тем больше будет ток через переход. В этом случае принято говорить, что переход включён в прямом направлении, характеризующемся малым сопротивлением и большим током.
    Если  изменить полярность включения внешнего источника,  то дырки будут притягиваться к отрицательному полюсу, а электроны – к положительному. Под действием этих сил электроны и дырки будут двигаться в направлении от перехода, вследствие чего переход будет обеднён носителями заряда, число рекомбинаций значительно сократится, и, как следствие этого, ток через переход станет очень малым. В этом случае говорят, что к переходу приложено напряжение в обратном, запорном направлении, когда сопротивление перехода велико, проводимость и ток малы. Благодаря своей способности хорошо пропускать ток в одном направлении и плохо - в другом p – n переход обладает выпрямляющими свойствами, широко используемыми в полупроводниковых диодах, являющихся самыми простыми и исторически самымипервыми полупроводниковыми приборами. В соответствии с видом перехода различаются плоскостные и точечные диоды, которые могут быть кремниевыми или германиевыми.
    Величина  токов в прямом и обратном направлениях различаются в десятки, сотни  раз. Обращает на себя тот факт, что зависимость тока от величины напряжения не является линейной. Резкое увеличение тока в обратном направлении при большом запирающем напряжении указывает на ухудшение электрической прочности перехода при высоком напряжении.
    Другой  характерной особенностью p – n перехода является сильная зависимость его свойств от температуры. По мере повышения температуры значительно возрастает обратный ток перехода, снижается допустимое обратное напряжение. При повышении температуры и неизменном напряжении прямой ток увеличивается. При этом для сохранения прежнего значения тока необходимо уменьшать напряжение смещения в среднем на 5о МВ на каждые 10 градусов.
    Использование свойств p – n перехода лежит в основе принципа действия различных видов полупроводниковых приборов, самыми распространёнными из которых являются полупроводниковые диоды и транзисторы.
 

    Биполярные  транзисторы 

    В отличие от полупроводниковых диодов биполярные транзисторы имеют два электронно – дырочных перехода. Основанием прибора служит пластина полупроводника, называемая базой. С двух сторон в неё вплавлена примесь, создающая области с проводимостью, отличной от проводимости базы. Таким образом получают транзистор типа n – p – n, когда крайние области являются полупроводниками с электронной проводимостью, а средняя – полупроводником с дырочной проводимостью, и транзистор типа p – n – p, когда крайние области являются полупроводниками с дырочной проводимостью, а средняя – полупроводником с электронной проводимостью. Нижнюю область называют эмиттером, а верхнюю коллектором. На границах областей с различной проводимостью образуются два перехода. Переход, образованный вблизи эмиттера, называется эмиттерным, вблизи коллектора – коллекторным. При использовании транзистора в схемах на его переходы подают внешние напряжения. В зависимости от полярности этих напряжений каждый из переходов может быть включён либо в прямом, либо в обратном направлении. Соответственно различают три режима работы транзисторов: режим отсечки, когда оба перехода заперты; режим насыщения, когда оба перехода отперты; активный режим, когда эмиттерный переход частично отперт, а коллекторный заперт. Если же эмиттерный переход смещён в обратном направлении, а коллекторный - в прямом, то транзистор работает в обращённом (инверсном) включении.
    В основном транзистор используется в  активном режиме, где для смещения эмиттерного перехода в прямом направлении  на базу транзистора типа p – n – p подают отрицательное напряжение относительно эмиттера, а коллектор смещают в обратном направлении подачей отрицательного напряжения относительно эмиттера. Напряжение на коллекторе обычно в несколько раз больше напряжения на эмиттере.
    Классификация. Транзисторы квалифицируются по исходному материалу, рассеиваемой мощности, диапазону рабочих частот, принципу действия и т. д. В зависимости от исходного материала их делят на две группы: германиевые и кремниевые. Германиевые транзисторы работают в интервале температур от – 60 до + 78…85 градусов, кремниевые – от -60 до + 120…150 градусов. По диапазону рабочих частот их делят на транзисторы низких, средних и высоких частот, по мощности – на классы транзисторов малой, средней и большой мощности. Транзисторы малой мощности делят на шесть групп: усилители низких и высоких частот, малошумящие усилители, переключатели насыщенные, ненасыщенные и малотоковые ( прерыватели ); транзисторы большой мощности – на три группы: усилители, генераторы, переключатели. По технологическому признаку разделяют транзисторы сплавные, сплавно – диффузионные, диффузионно – сплавные, планарные, эпитаксиальные, конверсионные, эпитаксиально – планарные.
    Обозначение типа биполярных транзисторов состоит  из нескольких элементов. Первый элемент  обозначает исходный материал, из которого изготовлен прибор: германий или его  соединения – Г; кремний или его соединения – К; соединения галлия – А. Для транзисторов, используемых в устройствах специального назначения, установлены следующие обозначения исходного материала: германий или его соединения – 1; кремний и его соединения – 2; соединения галлия – 3. Второй элемент – подкласс полупроводникового прибора. Для биполярных транзисторов вторым элементом является буква. Третий элемент – назначение прибора. Четвёртый и пятый элементы – порядковый номер разработки и технологического типа прибора ( от 01 до 99). Шестой элемент – деление технологического типа на параметрические группы ( буквы русского алфавита от А до Я). Например, транзистор, предназначенный для устройств широкого применения, германиевый, низкочастотный, малой мощности, номер разработки 15, группа А – ГТ115А.
    Наборы  дискретных полупроводниковых приборов обозначаются в соответствии с их разновидностью и перед последнем  добавляется букв С.
    Обозначение типа транзисторов, разработанных до 1964 года, состоит из трёх элементов: первый – буква П (полупроводниковый триод, транзистор); второй – цифра (порядковый номер разработки); третий – буква, соответствующая разновидности транзистора данного типа. В обозначение модернизированных транзисторов входит буква М (например, МП101А, МП21В).
 

    Усилительные  свойства биполярных транзисторов 

    Усиление  тока 

    Обычно  зависимость тока коллектора от тока эмиттера выражается через коэффициент  усиления по току, который обозначается буквой а («альфа»). Этот коэффициент  определяется как отношение приращения тока коллектора Iк к воззвавшему его приращению тока эмиттера Iэ, а именно
                  
    За  счёт близкого расположения переходов  и вследствие совершенной технологии производства величина а современных  плоскостных транзисторов обычно находится  в пределах от 0,9 до 0,997.
    Одному  и тому же приращению тока эмиттера будут соответствовать различные  значения вызванного им приращения тока коллектора в зависимости от выбора исходной рабочей точки на характеристике. Это говорит о том, что величина коэффициента а зависит от напряжения на коллекторе и тока эмиттера.
    При малых напряжениях коллектора коэффициент  а растёт с увеличением напряжения. Это объясняется в основном тем, что при малых напряжениях  носители зарядов базы вяло втягиваются  в коллектор, но чем больше напряжение на коллекторе, тем энергичнее происходит втягивание. Нак5онец, при напряжении около 2 – 3 в практически все носители зарядов, оказывающиеся вблизи коллекторного перехода, попадают на коллектор. Поэтому дальнейший рост тока коллектора по мере увеличения напряжения на нём практически прекращается, а ток базы несколько уменьшается. При напряжении, близком к максимально допустимому для данного типа транзистора ( обычно 15 – 60 в, иногда более), вновь наблюдается заметный рост величины коэффициента а, которая может достичь единицы и более. Но такой режим работы практически не используется и обычно не рекомендуется, так как резко возрастает опасность выхода из строя транзистора.
    Зависимость величины коэффициента а от режима работы транзистора вызывает необходимость проведения измерений при относительно небольших приращениях тока эмиттера. Обычно в таких случаях величина приращения Iэ не превышает 5 – 10 % исходного значения тока эмиттера Iэ:
    Iэ < (0,05 – 0,1)Iэ.
    Зная  приращение тока эмиттера Iэ и величину коэффициента а, можно определить связанное с этим приращение тока базы Iб.
    Действительно ток базы Iб = Iэ – Iк. Если выразить ток Iк через Iэ, как        
Iк = аIк, то получим: Iб = Iэ – аIэ = Iэ (1-а). Отсюда следует:
    

    Учитывая, что величина величина весьма близка к единице, из последнего выражения можно сделать вывод: изменение тока эмиттера в раз больше связанного с ним изменения тока базы.
    Например, если , то
    
;

    если  , то
    
.

    Таким образом, изменяя величину тока базы, можно управлять током эмиттера и, следовательно, током коллектора.
    Усиление  транзистора по току зависит от схемы  включения транзистора.
    В зависимости от того, какой из трёх электродов транзистора является общим  для цепей двух других, различаются  три основные схемы (способа) включения: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Кроме  трёх основных, есть ещё четвёртая, комбинированная, схема включения, называемая схемой с разделённой нагрузкой. В схеме с разделённой частью нагрузки включена в цепь коллектора (как в схеме ОЭ), а другая часть – в цепь эмиттера (как в схеме ОК).
    В схеме с общей  базой входным электродом является эмиттер, выходным коллектор. В соответствии с этим входным параметром является ток эмиттера Iэ, выходным – ток коллектора Iк, а коэффициент усиления по току Кi для схемы с общей базой, как это было показано выше, равен:
    

    В схеме с общим  эмиттером входным электродом является база, выходным – коллектор. Это значит, что входным параметром является ток базы Iб, выходным – ток коллектора Iк, а коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером равен:
    

    Обычно  коэффициент усиления по току для  схемы с общим эмиттером обозначается буквой :
    

    Так как ток базы в большинстве  случаев в десятки – сотни  раз меньше тока коллектора, то величина коэффициента усиления должна быть много больше единицы. Действительно, после подстановки значений в формулу для получается: В этом большие преимущества схемы с общим эмиттером по сравнению со схемами с общей базой, усиление по току который не превышает единицы.
    В схемах с общим  коллектором входным электродом служит база, выходным – эмиттер. В соответствии с этим входным параметром является ток базы Iб, выходным – ток эмиттера Iэ. Коэффициент усиления по току Кi для этой схемы включения равен:
    

то есть усиление по току для этой схемы включения  примерно равно усилению по току схемы  с общим эмиттером.
    В схеме с разделённой  нагрузкой входным электродом является база, выходными – эмиттер и коллектор. Следовательно, входным параметром является ток базы Iб, выходными параметрами – токи эмиттера и коллектора, Iэ и Iк. Коэффициент усиления тока для эмиттерной цени равен , а для коллекторной - , то есть в среднем можно считать, что для обеих выходных цепей  

    Усиление  мощности 

    Когда говорится об усилительных свойствах  того или иного прибора, то обычно имеется в виду в первую очередь  усиление по мощности. Количественной оценкой усилительных свойств является коэффициент усиления по мощности Кр, показывающий, во сколько раз выходная мощность Рвых больше мощности, введённой во входную цепь прибора Рвх 

    
 

    Мощность  может выражаться через квадрат  тока или напряжения. В первом случае
    
вых;         
вх 

Следовательно, 

 

где Кi – коэффициент усиления по току.
    Во  втором случае 

    
  
 

следовательно, 

 

    Где - коэффициент усиления по напряжению.
    В том случае, когда известна величина Кр, а требуется найти усиление по напряжению, можно воспользоваться  производной формулой: 

    
 

    Последняя формула часто используется для оценки усиления различных каскадов на транзисторах.
    Поскольку величина Кр не зависит от того, через  какие именно величины U и I её находили, то можно приравнивать между собой 

    
 

отсюда следует: 

.
 

    Таким образом, зная коэффициент усиления по току Кi, а также величины входного и выходного сопротивлений, можно определить усиление по напряжению или мощности.
    В ряде случаев расчёт усиления по напряжению целесообразно производить по формуле:
 

где - крутизна входной характеристики транзистора, определяющая усилительные свойства прибора. Крутизна входной характеристики, называемая просто крутизной S, имеет размерность ток/напряжение, то есть а/в или ма/в и характеризует, насколько изменяется выходной ток усилительного прибора в амперах или миллиамперах при изменении входного напряжения на один вольт. В этом определение крутизны характеристики транзистора практически не отличается от известного определения крутизны характеристики электронных ламп.
    Основное  достоинство последней формулы  записи усиления напряжения в простоте её написания и применения, поскольку  отпадает необходимость в предварительных  громоздких расчётах коэффициента усиления тока и входного сопротивления. Используя некоторые приближённые выражения для определения величины S, можно быстро и с достаточной точностью рассчитать усилительные возможности самых разнообразных транзисторных устройств.
    Для анализа тех или иных транзисторных  устройств, кроме знания величин и S, необходимо учитывать эквивалентную схему замещения транзистора. В эквивалентной схеме замещения наиболее существенных физических процессов определённого режима работы транзистора в данном устройстве находят отражение в виде некоторых активных и пассивных элементов как, например, генератора тока, ёмкостей и активных сопротивлений.
    Эквивалентная схема, как правило, не учитывает  всю совокупность физических свойств  транзистора, а лишь только те из них, которые являются определяющими для данного режима работы и диапазона частот. Поэтому различаются эквивалентные схемы для усилительного режима, для режима переключения, низкочастотные, высокочастотные эквивалентные схемы и т. д.
 

    Частотные свойства транзисторов 

    Приведённые выше усилительные характеристики транзисторов были получены без учёта возможного влияния ёмкостей эмиттерного перехода Сэ и коллекторного перехода Ск, что вполне допустимо при усилении частот, исчисляемых килогерцами. На более высоких частотах с этими ёмкостями приходится считаться, так как их реактивное сопротивление становится соизмеримым с активными сопротивлениями соответствующих переходов. Влияние ёмкостей переходов проявляется в уменьшении входного и выходного сопротивления, что сказывается на усилительных свойствах транзисторов. Чем выше становится частота сигнала, тем меньшим усилением обладает транзистор. Наконец, на некоторых частотах выше определённого предела, свойственного каждому типу транзисторов, усилительные свойства полностью исчерпываются. Это значит, что, начиная с некоторой частоты, усиление транзистора по мощности становится меньше единицы.
    Наблюдаемое ухудшение усилительных свойств  транзисторов по мере увеличения частоты  сигнала физически связано со средним временем перемещения носителей электрических зарядов в базе в направлении от эмиттера к коллектору. В свою очередь, это время определяется средней скоростью и направлением движения носителей, а также толщиной базы.
    Чем тоньше базы, те меньше расстояние предстоит  пройти носителям, тем лучше частотные свойства транзистора. Например, предельная частота усиления по току fа изменяется обратно пропорционально квадрату толщины базы. Это значит, что уменьшение толщины базы, например, в 2 раза приводит к увеличению предельной частоты в 4 раза.
    Средняя скорость движения носителей зависит  от знака заряда и температуры  кристалла прибора, а направлённость движения определяется электрическим  полем, действующим в базе. Средняя  скорость движения электронов в 2 раза выше, чем дырок. В связи с этим считается, что при прочих равных условиях транзисторы типа n – p – n должны иметь предельные частоты вдвое выше, чем p – n – p, поскольку неосновными носителями заряда в первом случае являются электроны, а во втором – дырки, имея при этом в виду область базы.
    В плоскостных транзисторах, полученных сплавным методом, поле внутри базы практически  отсутствует, а поэтому носители заряда распространяются в базе только за счёт диффузии, то есть самопроизвольно  и ненаправленно.
    Если  внутри базы создать электрическое поле, ускоряющие движение носителей от эмиттера к коллектору, то тогда эти носители будут иметь дополнительную составляющую скорости в этом направлении, которая называется дрейфовой составляющей. Последние обстоятельство приведёт к уменьшению времени переноса зарядов, что улучшит частотные свойства транзистора. Такое поле можно создать, например, за счёт неравномерного распределения примесей в базе (максимальная у эмиттера, минимальная у коллектора), что обычно и делается на практике.
    Направленное движение электрических зарядов в электрическом поле называется дрейфом, поэтому транзисторы, в базе которых создаётся ускоряющее поле, называются дрейфовыми. В свою очередь, транзисторы, в базе которых отсутствует такое поле, называются бездрейфовыми.
    Таким образом, для улучшения частотных  свойств транзистора необходимо уменьшить толщину базы и создавать  ускоряющее электрическое поле в  базе. Сплавные транзисторы, как правило, имеют граничные частоты не выше 20-30 МГц, так как сам метод их изготовления не позволяет получить очень тонкую базу и необходимое распределение примесей в базе.
    Диффузионный  метод позволяет получать базовый  слой толщиной в несколько микрон и требуемое изменение концентраций примесей в базе, что даёт возможность  создавать транзисторы, работающие на высоких частотах, измеряемых сотнями мегагерц. Обычно такие транзисторы называются дрейфовыми или диффузионными в зависимости от того, что необходимо подчеркнуть: характер переноса носителей заряда или метод изготовления транзистора.
    Максимальной частотной генерации fмакс называется частота, на которой коэффициент усиления по мощности транзистора в схеме с общей базой равен единице, то есть .
    
    Относительная частота f/fмакс
     40                                                                                                         10000 
 

     30                                                                                                         1000 
 

    20                                                                                                         100 
 
 

    10                                                                                                         10               
 

     0                                                                                                         1
                               
и т.д.................


Перейти к полному тексту работы


Скачать работу с онлайн повышением уникальности до 90% по antiplagiat.ru, etxt.ru или advego.ru


Смотреть полный текст работы бесплатно


Смотреть похожие работы


* Примечание. Уникальность работы указана на дату публикации, текущее значение может отличаться от указанного.