From 27d5523a905627fde2cd180940c72fd97bf9698f Mon Sep 17 00:00:00 2001 From: Andrew Guschin Date: Fri, 29 Apr 2022 23:45:11 +0400 Subject: =?UTF-8?q?=D0=94=D0=BE=D0=B1=D0=B0=D0=B2=D0=B8=D0=BB=20=D1=80?= =?UTF-8?q?=D0=B5=D1=84=D0=B5=D1=80=D0=B0=D1=82=20=D0=BF=D0=BE=20=D1=81?= =?UTF-8?q?=D1=85=D0=B5=D0=BC=D0=BE=D1=82=D0=B5=D1=85=D0=BD=D0=B8=D0=BA?= =?UTF-8?q?=D0=B5?= MIME-Version: 1.0 Content-Type: text/plain; charset=UTF-8 Content-Transfer-Encoding: 8bit --- circuitry/referat.tex | 344 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ 1 file changed, 344 insertions(+) create mode 100644 circuitry/referat.tex (limited to 'circuitry/referat.tex') diff --git a/circuitry/referat.tex b/circuitry/referat.tex new file mode 100644 index 0000000..38c30f0 --- /dev/null +++ b/circuitry/referat.tex @@ -0,0 +1,344 @@ +\documentclass[spec, och, referat]{SCWorks} +% параметр - тип обучения - одно из значений: +% spec - специальность +% bachelor - бакалавриат (по умолчанию) +% master - магистратура +% параметр - форма обучения - одно из значений: +% och - очное (по умолчанию) +% zaoch - заочное +% параметр - тип работы - одно из значений: +% referat - реферат +% coursework - курсовая работа (по умолчанию) +% diploma - дипломная работа +% pract - отчет по практике +% параметр - включение шрифта +% times - включение шрифта Times New Roman (если установлен) +% по умолчанию выключен +% \usepackage{subfigure} +\usepackage{tikz,pgfplots} +\pgfplotsset{compat=1.5} +\usepackage{float} + +%\usepackage{titlesec} +\setcounter{secnumdepth}{4} +%\titleformat{\paragraph} +%{\normalfont\normalsize}{\theparagraph}{1em}{} +%\titlespacing*{\paragraph} +%{35.5pt}{3.25ex plus 1ex minus .2ex}{1.5ex plus .2ex} + +\titleformat{\paragraph}[block] +{\hspace{1.25cm}\normalfont} +{\theparagraph}{1ex}{} +\titlespacing{\paragraph} +{0cm}{2ex plus 1ex minus .2ex}{.4ex plus.2ex} + +% -------------------------------------------------------------------------- % + + +\usepackage[T2A]{fontenc} +\usepackage[utf8]{inputenc} +\usepackage{graphicx} +\graphicspath{ {./images/} } +\usepackage{tempora} + +\usepackage[sort,compress]{cite} +% \usepackage{amsmath} +% \usepackage{amssymb} +% \usepackage{amsthm} +% \usepackage{fancyvrb} +% \usepackage{listings} +% \usepackage{listingsutf8} +% \usepackage{longtable} +% \usepackage{array} +\usepackage[english,russian]{babel} + +\usepackage[hidelinks]{hyperref} +\usepackage{url} + +\usepackage{underscore} +\usepackage{setspace} +\usepackage{indentfirst} +\usepackage{mathtools} +\usepackage{amsfonts} +\usepackage{enumitem} +\usepackage{tikz} + +\usepackage{caption} +\usepackage{subcaption} + +\newcommand{\eqdef}{\stackrel {\rm def}{=}} +\newcommand{\specialcell}[2][c]{% +\begin{tabular}[#1]{@{}c@{}}#2\end{tabular}} + +% \renewcommand\theFancyVerbLine{\small\arabic{FancyVerbLine}} + +\newtheorem{lem}{Лемма} + +\begin{document} + +% Кафедра (в родительном падеже) +\chair{} + +% Тема работы +\title{Биполярные транзисторы} + +% Курс +\course{3} + +% Группа +\group{331} + +% Факультет (в родительном падеже) (по умолчанию "факультета КНиИТ") +\department{факультета КНиИТ} + +% Специальность/направление код - наименование +%\napravlenie{09.03.04 "--- Программная инженерия} +%\napravlenie{010500 "--- Математическое обеспечение и администрирование информационных систем} +%\napravlenie{230100 "--- Информатика и вычислительная техника} +%\napravlenie{231000 "--- Программная инженерия} +\napravlenie{10.05.01 "--- Компьютерная безопасность} + +% Для студентки. Для работы студента следующая команда не нужна. +% \studenttitle{Студентки} + +% Фамилия, имя, отчество в родительном падеже +\author{Гущина Андрея Юрьевича} + +% Заведующий кафедрой +% \chtitle{} % степень, звание +% \chname{} + +%Научный руководитель (для реферата преподаватель проверяющий работу) +\satitle{преподаватель} %должность, степень, звание +\saname{Р.~А.~Торгашов} + +% Руководитель практики от организации (только для практики, +% для остальных типов работ не используется) +% \patitle{к.ф.-м.н.} +% \paname{С.~В.~Миронов} + +% Семестр (только для практики, для остальных +% типов работ не используется) +%\term{8} + +% Наименование практики (только для практики, для остальных +% типов работ не используется) +%\practtype{преддипломная} + +% Продолжительность практики (количество недель) (только для практики, +% для остальных типов работ не используется) +%\duration{4} + +% Даты начала и окончания практики (только для практики, для остальных +% типов работ не используется) +%\practStart{30.04.2019} +%\practFinish{27.05.2019} + +% Год выполнения отчета +\date{2022} + +\maketitle + +\tableofcontents + +% Включение нумерации рисунков, формул и таблиц по разделам +% (по умолчанию - нумерация сквозная) +% (допускается оба вида нумерации) +% \secNumbering + +% -------------------------------------------------------------------------- % + +\intro + +В 1928 году были изобретены первые полевые транзисторы, а биполярные транзисторы +появились в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, +революция в электронике. За 30 лет развития, транзисторы почти полностью +вытеснили электронные лампы и стали основой полупроводниковых интегральных схем, +благодаря этому, электронная техника стала значительно более экономичной, +функциональной и миниатюрной. Транзисторы и интегральные схемы на их основе +вызвали бурное развитие компьютерной техники. В начале 21"=го века транзистор +стал одним из самых массовых изделий, производимых человечеством. В 2013 году на +каждого жителя Земли было выпущено около 15 миллиардов транзисторов (большинство +из них "--- в составе интегральных схем). \cite{wiki} + + +\section{Основные характеристики} + +\textbf{Биполярные транзисторы} (либо \textbf{триоды}) "--- электронные +полупроводниковые приборы, отличающиеся от полевых способом переноса заряда. В +полевых (однополярных) транзисторах, используемых в основном в цифровых +устройствах, заряд переносится или дырками, или электронами. В биполярных же в +процессе участвуют и электроны, и дырки. Применяются в аналоговых устройствах. + +Полупроводниковый кристалл транзистора состоит из трех областей с чередующимися +типами электропроводности, между которыми находятся два P"=N"=перехода. Средняя +область обычно выполняется очень тонкой (доли микрона), поэтому P"=N"=переходы +близко расположены один от другого. + +Управление величиной протекающего в выходной цепи (в цепи коллектора или +эмиттера) биполярного транзистора тока осуществляется с помощью тока в цепи +управляющего электрода "--- базы. \textbf{Базой} называется средний слой в +структуре транзистора. Крайние слои называются \textbf{эмиттер} (испускать, +извергать) и \textbf{коллектор} (собирать). Концентрация примесей (а, +следовательно, и основных носителей зарядов) в эмиттере существенно больше, чем +в базе и больше, чем в коллекторе. Поэтому эмиттерная область самая низкоомная. + +При подключении эмиттера и коллектора к источнику питания создаются почти все +условия для протекания тока. Однако свободному перемещению носителей заряда +препятствует база, и для устранения этой помехи на неё подаётся напряжение +смещения. В базовом слое полупроводника возникают физико"=химические процессы +электронно"=дырочной рекомбинации, в результате которой через базу начинает течь +небольшой ток. В результате P"=N"=переходы открывают путь потоку носителей +заряда от эмиттера к коллектору. + +Если ток, протекающий через базу, меняется по какому"=то закону, то точно так же +изменяется и мощный ток между эмиттером и коллектором. Следовательно, на выходе +биполярного транзистора получается такой же сигнал, как и на базе, но с более +высокой мощностью. \cite{eandc} + +В зависимости от типа проводимости эмиттера, коллектора и базы различают +P"=N"=P"= и N"=P"=N"=транзисторы. Единственное функциональное отличие между +этими видами транзисторов заключается в полярности приложенного напряжения. +Выбор того или иного вида биполярного транзистора определяется особенностями +конкретных радиотехнических устройств. + +Биполярный транзистор является наиболее распространенным активным +полупроводниковым прибором. В качестве основного материала для изготовления +биполярных транзисторов в настоящее время используется кремний. При этом +преимущественно изготавливают транзисторы N"=P"=N"=типа, в которых основными +носителями заряда являются электроны, имеющие подвижность в 2 -- 3 раза выше, +чем подвижность дырок. \cite{studopedia} + +На рисунке \ref{fig:scheme-transistor} представлено обозначение биполярного +транзистора в электрической схеме. + +\begin{figure}[h] + \centering + \begin{subfigure}[b]{0.4\textwidth} + \centering + \includegraphics[width=\textwidth]{image_1.png} + \caption{P"=N"=P"=транзистор} + \end{subfigure} + \begin{subfigure}[b]{0.4\textwidth} + \centering + \includegraphics[width=\textwidth]{image_2.png} + \caption{N"=P"=N"=транзистор} + \end{subfigure} + \caption{Обозначение транзистора} + \label{fig:scheme-transistor} +\end{figure} + +Разберёмся, какой тип отображает каждый рисунок. N означает Negative и содержит +свободные электроны, а P (Positive) "--- положительно заряженные атомы или +<<дырки>>. Ток течёт в направлении противоположном движению отрицательных +частиц. + +На схеме нарисована стрелка, идущая от эмиттера к базе или наоборот. Она +показывает направление управляющего тока. Если база изготовлена из +N"=полупроводника, то стрелка обращена к ней. Если стрелка направлена к +эмиттеру, то это N"=P"=N тип. + + +\section{Применение} + +Основной функцией биполярного транзистора (БТ) является увеличение мощности +входного электрического сигнала. Эти полупроводниковые радиокомпоненты +появились, как альтернатива электровакуумных триодов, и со временем практически +вытеснили их из отрасли. Хотя лампы применяются и до сих пор, в очень узком +сегменте аппаратуры специального назначения, в массовой радиотехнике +используются, в основном, транзисторы "--- биполярные и их ближайшие +<<родственники>> полевые. + +\subsection{Режимы работы} + +\begin{enumerate} + \item + \textbf{Инверсный активный режим}. Здесь открыт переход БК, а ЭБ + наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже + некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко. + \item + \textbf{Режим насыщения}. Оба перехода открыты. Соответственно, основные + носители заряда коллектора и эмиттера <<бегут>> в базу, где активно + рекомбинируют с ее основными носителями. Из"=за возникающей избыточности + носителей заряда сопротивление базы и P"=N переходов уменьшается. + Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать + короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде + эквипотенциальной точки. + \item + \textbf{Режим отсечки}. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток + основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. + Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые + тепловые токи переходов. Из"=за бедности базы и переходов носителями + зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что + транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи. + \item + \textbf{Барьерный режим}. В этом режиме база напрямую или через малое + сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или + эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. + Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно + включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет + схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне + температур и нетребователен к параметрам транзисторов. \cite{habr} +\end{enumerate} + + +\section{Схемы включения} + +Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно +подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому +на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового +знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, +различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), +общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, +так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие +параметры для нас важны, а какими можно поступиться. + +На рисунке \ref{fig:switching-scheme} изображены возможные схемы включения в +цепь. + +\begin{figure}[h] + \centering + \begin{subfigure}[b]{0.3\textwidth} + \centering + \includegraphics[width=\textwidth]{shared_base.jpeg} + \caption{С общей базой} + \end{subfigure} + \begin{subfigure}[b]{0.3\textwidth} + \centering + \includegraphics[width=\textwidth]{shared_emitter.jpeg} + \caption{С общим эмиттером} + \end{subfigure} + \begin{subfigure}[b]{0.3\textwidth} + \centering + \includegraphics[width=\textwidth]{shared_collector.jpeg} + \caption{С общим коллектором} + \end{subfigure} + \caption{Схемы включения транзистора} + \label{fig:switching-scheme} +\end{figure} + +\begin{itemize} + \item + Схема включения с общим эмиттером даёт наибольшее усиление по напряжению + и току (а отсюда и по мощности "--- до десятков тысяч единиц), в связи с + чем является наиболее распространенной. + \item + Схема включения с общей базой не даёт значительного усиления сигнала, + зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно + использовать частотную характеристику транзистора. + \item + Особенность схемы включения с общим коллектором заключается в том, что + входное напряжение полностью передаётся обратно на вход, т.е. очень + сильна отрицательная обратная связь. \cite{radioelementy} +\end{itemize} + + +\begin{thebibliography}{99} + \bibitem{studopedia} Биполярные транзисторы [Электронный ресурс] -- URL:~\url{https://studopedia.ru/7_31925_bipolyarnie-tranzistori.html} (дата обращения 13.04.2022) -- Загл. с экрана. Яз. рус. + \bibitem{habr} Биполярные транзисторы. For dummies [Электронный ресурс] -- URL:~\url{https://habr.com/ru/post/133136/} (дата обращения 13.04.2022) -- Загл. с экрана. Яз. рус. + \bibitem{radioelementy} Биполярные транзисторы: принцип работы, характеристики и параметры [Электронный ресурс] -- URL:~\url{https://www.radioelementy.ru/articles/bipolyarnye-tranzistory/} (дата обращения 13.04.2022) -- Загл. с экрана. Яз. рус. + \bibitem{eandc} Биполярные транзисторы: устройство, принцип и режимы работы, схема включения, применение, основные параметры [Электронный ресурс] -- URL:~\url{https://eandc.ru/news/detail.php?ID=21477} (дата обращения 13.04.2022) -- Загл. с экрана. Яз. рус. + \bibitem{wiki} Транзистор [Электронный ресурс] // Википедия [Электронный ресурс] : свободная энциклопедия / текст доступен по лицензии Creative Commons Attribution-ShareAlike ; Wikimedia Foundation, Inc, некоммерческой организации. - Wikipedia®, 2001- . - URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Транзистор (дата обращения: 13.04.2022). -- Загл. с экрана. - Последнее изменение страницы: 22:18, 21 января 2022 года. -- Яз. рус. +\end{thebibliography} + +\end{document} \ No newline at end of file -- cgit v1.2.3