Первая гармоника напряжения

Ток через конденсатор равен 6q/dt. Следовательно, первая гармоника тока через него

(QsinoO = (oQcoso Ее амплитуда (oQ=PQ/P, а действующее значение в У2раз меньше:

р#- (15.41)

Под ВАХ управляемого нелинейного конденсатора по первым гармоникам будем понимать зависимость действующего значения первой гармоники тока через конденсатор /j от действующего значения первой гармоники напряжения (/j при параметре Uq.

На основании записанного соответствия между (/q и /р и U и у и т. д. можно утверждать, что семейство кривых = f[Ui/{2a)] при параметре (Ур/а полностью повторяет семейство кривых х, = f [yi/{2a)] при параметре Уо/а, изображенное на рис. 15.15, б.

Для перехода от семейства кривых PQ = /((/j/2a) к семейству ВАХ управляемого нелинейного конденсатора по первым гармоникам следует учесть формулу (15.41) и то, что действующее значение первой гармоники напряжения на конденсаторе

-ал; Uq =

2а а

Следовательно, для перехода от семейства кривых PQ = Д (/j/(2a)l при параметре (/р/а к семейству кривых/] = ]{U\) при параметре (Ур необходимо масштаб по

оси ординат изменять в (о/(рУ2) раз, по оси абсцисс - в аУ2раз, параметр - в а раз. Подобно тому как для нелинейной индуктивной катушки вводят понятие индуктивного сопротивления по первой гармонике (см. § 15.25), для нелинейного конденсатора вводят понятие емкостного сопротивления по первой гармонике: Xj = U/I, где U

- действующее значение первой гармоники напряжения на конденсаторе; /j - действующее значение первой гармоники тока через нелинейный конденсатор; X] - функция (/j и Uq.

Рассмотрим элементы теории транзисторов и применение последних в электрических цепях. В настоящее время применяют транзисторы двух типов: биполярные и полевые. Физические основы работы их различны. Сначала обсудим вопросы, относящиеся к биполярным транзисторам, а затем (см. § 15.35 - 15.37) - к полевым.

§ 15.27. Основные сведения об устройстве биполярного транзистора. Биполярным его называют потому, что его работа обусловлена носителями обеих полярностей. Транзистор представляет собой трехслойную структуру р-п-р или п-р-п-шпа. Схематически структура р-п-р-типа пояснена на рис. 15.19,а, где знаком плюс в р-области обозначены носители положительных зарядов, знаком минус в г-области - носители отрицательных зарядов. Оба переходных слоя между р- и г-областями обладают односторонней проводимостью. Ток через каждый из этих слоев может проходить

Первая р-область Вторая р- область J п Р

р- о- переходы а)

Рис. 15.19

практически в том случае, когда потенциал р-области выше потенциала Аг-области.

У транзистора имеется три вывода. В транзисторе р-п-р-типа первый вывод - от первой р-области - называют коллектором, второй вывод - от второй р-области - эмиттером, третий вывод - от Аг-области - базой.

На электрических схемах транзистор р-п-р-шпа изображают, как показано на рис. 15.19, б, а транзисторы п-р-п-типа - в соответствии с рис. 15.19, в.

§ 15.28. Основные способы включения биполярных транзисторов в схему. Различают три основных способа включения триодов в схему в зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для управляющей и управляемой цепей. На рис. 15.20, а изображена схема с общей базой, на рис. 15.20, б - схема с общим эмиттером, на рис. 15.20, в - схема с общим коллектором.

Во всех схемах - источник ЭДС в цепи нагрузки; Е - источник ЭДС в цепи управления. Для всех схем, в которых используют транзисторы типа р-п-р, полярность источников ЭДС должна быть такой, чтобы коллектор имел отрицательный, а эмиттер положительный потенциал относительно базы.

Для создания смещения на базе транзистора (напряжение Uqq) вместо отдельной ЭДС Е (рис. 15.20, б) используют делитель напряжения - резисторы /?] и /?2, подключенные к (рис. 15.20, г). В этом случае /эбо = 4о2» seo+Zioi =

/бо - постоянные составляющие токов (,(2, ц. Сигнал на базу посту-

пает через конденсатор С.

§ 15.29. Принцип работы биполярного транзистора. Рассмотрим принцип работы транзистора р-п-р-типа в схеме с общей базой (рис. 15.20, а). Вследствие диффузии в переходном слое между эмиттером и базой и между базой и коллектором имеются объемные заряды (на рис. 15.19, а не показаны). В р-области объемные заряды отрицательны, а в «-области - положительны.

Объемные заряды в каждом переходном слое создают электрическое поле, Вектор напряженности которого направлен от п- к р-области, т. е. поле препятствует движению носителей положительных зарядов из р- в п-область и движению носите-.ей отрицательных зарядов из п- в р-область.

В) 8)

Рис. 15.20

Разность потенциалов на переходном слое между р~ и п-областями называют потенциальным барьером. Потенциальные барьеры зависят от ЭДС и полярности каждого источника ЭДС, включенного в схему. Так, включение источника ЭДС в схему (рис. 15.20, а) приводит к уменьшению потенциального барьера между эмиттером и базой по сравнению с разностью потенциалов на этом слое, когда источник ЭДС £у не включен. В свою очередь, включение источника ЭДС Е приводит к увеличению потенциального барьера между базой и коллектором по сравнению с разностью потенциалов на этом слое, когда Е не включена.

Объясняется это тем, что результирующая напряженность поля на переходном слое коллектор ~ база при наличии ЭДС Е равна сумме напряженностей от объемных зарядов и от ЭДС E, тогда как на переходном слое эмиттер - база результирующая напряженность поля при наличии ЭДС Е равна разности напряженностей от объемных зарядов и от ЭДС Еу

Кривая / на рис. 15.19, г - зависимость изменения потенциала вдоль триода при отсутствии ЭДС Е и Е. а кривая 2 - при наличии ЭДС Е и Е При сниженном потенциальном барьере между эмиттером и базой энергетический уровень части носителей зарядов оказывается достаточным для того, чтобы от эмиттера к базе, соединенной с отрицательным полюсом источника ЭДС Еу, двигались дырки (носители положительных зарядов).

Небольшое количество отрицательных зарядов движется при этом от базы к эмиттеру, ноток, создаваемый ими, относительно мал, так как концентрация атомов примесей в области базы значительно меньше концентрации атомов примесей в эмиттере.

Хотя вп-области при этом и происходит частичная рекомбинация положительных и отрицательных зарядов, однако благодаря малой толщине «-слоя большая часть дырок успевает продрейфовать к переходному слою между базой и коллектором. В переходном слое между базой и коллектором носители положительных зарядов оказываются под во.здействием сильного электрического поля, образованного источником ЭДС £„ (обычно £д>£>£у). Под действием этого поля дырки втягиваются в область коллектора и движутся к электроду коллектора. Таким образом, большая часть дырок, вышедших из эмиттера и прошедших в п-область, устремляется к коллектору (потенциал коллектора отрицателен по отношению к потенциалу базы и потенциалу эмиттера).

В результате к электроду базы подходит лишь незначительное количество дырок, вышедших из области эмиттера и прошедших в область базы.

При принятых на рис. 15.20, а положительных направлениях для токов ток эмиттера равен сумме тока коллектора и тока базы i: -i.

Отношение тока коллектора к току эмиттера iji = а = 0,95-0,99 и зависит от

режима работы.

В транзисторе коллекторным током и падением напряжения между электродами коллекторной цепи можно управлять путем изменения ЭДС Е.

Следует иметь в виду, что при изменении полярности ЭДС в схеме (рис. 15.20, а)транзистор теряет свойство управляемости и на участке между базой и коллектором работает как обычный неуправляемый диод. Этот режим является ненормальным режимом работы транзистора.