Spis treści Przedmowa 13 Wykaz ważniejszych oznaczeń 15 1. Zarys właściwości półprzewodników 21 1.1. Półprzewodniki stosowane w elektronice 22 1.2. Struktura energetyczna półprzewodników 22 1.3. Nośniki ładunku w półprzewodnikach 24 1.4. Statystyka nośników ładunku w półprzewodnikach 26 1.5. Przewodnictwo elektryczne 30 1.6. Dyfuzja nośników ładunku 32 2. Zjawiska kontaktowe 35 2.1. Kontakt metal-półprzewodnik (m-p) 37 2.2. Złącze p-n 40 2.2.1. Stan równowagi złącza 42 2.2.2. Przepływ prądu przez złącze p-n 44 3. Diody 47 3.1. Model diody złączowej p + -n 47 3.2. Równanie rzeczywistej diody złączowej p-n 48 3.3. Parametry diody prostowniczej 52 3.4. Pojemności złącza p + -n 53 3.5. Małosygnałowe modele diody 58 3.6. Diody stabilizacyjne 60 3.7. Diody tunelowe 63 4. Tranzystory bipolarne 67 4.1. Budowa i działanie tranzystorów bipolarnych 67 4.1.1. Struktury złączowe tranzystorów 67 4.1.2. Konfiguracje i stany pracy tranzystora 71 4.2. Charakterystyki stałoprądowe 73 4.2.1. Model Ebersa-Molla 73 4.2.2. Charakterystyki tranzystora w konfiguracji OE 76 4.2.3. Transportowy model tranzystora 78 4.3. Parametry i modele małosygnałowe tranzystorów bipolarnych 80 5
4.3.1. Definicje podstawowe 80 4.3.2. Określenie punktu pracy tranzystora 80 4.3.3. Tranzystor jako czwórnik aktywny 81 4.3.4. Model typu hybryd n dla konfiguracji OE 84 4.3.5. Model hybryd Ti dla konfiguracji OB 87 4.3.6. Hybrydowe parametry typu h 88 4.3.7. Częstotliwości graniczne tranzystora 90 4.4. Narażenia napięciowe tranzystorów 94 5. Tranzystory polowe 97 5.1. Zasada działania i podział tranzystorów polowych 97 5.2. Złączowy tranzystor polowy JFET i jego modele 100 5.2.1. Parametry małosygnałowe tranzystora JFET 104 5.2.2. Ograniczenia częstotliwościowe i częstotliwość odcięcia 107 5.3. Tranzystor polowy z izolowaną bramką (MOSFET) i jego modele 108 5.3.1. Wielkosygnałowy model zastępczy tranzystora MOSFET 111 5.3.2. Małosygnałowy model tranzystora MOSFET 112 5.4. Małosygnałowy admitancyjny schemat zastępczy tranzystorów polowych 117 6. Przyrządy optoelektroniczne 119 6.1. Fotoogniwo 119 6.2. Fotodioda 121 6.3. Fototranzystor 124 6.4. Dioda elektroluminescencyjna (LED - Light Emitting Diodę) 125 6.5. Laser półprzewodnikowy 127 7. Tyrystory i triaki 131 7.1. Budowa i działanie tyrystora 131 7.2. Triaki 136 7.3. Struktury tyrystorowe V-MOS i D-MOS 137 8. Wybrane przyrządy elektroniczne 141 8.1. Termoelement Peltiera (chłodziarka termoelektryczna) 141 8.2. Warystor 143 8.3. Hallotron 146 8.4. Magnetorezystor 148 9. Układy zasilania tranzystorów 153 9.1. Wybór punktu pracy tranzystora 153 9.2. Statyczne i dynamiczne proste robocze układów wzmacniających 155 9.3. Zasilanie i stabilizacja punktów pracy tranzystorów w układach dyskretnych 158 9.3.1. Układy zasilania tranzystorów bipolarnych 158 9.3.2. Układy zasilania tranzystorów unipolarnych 168 9.4. Zasilanie i stabilizacja punktów pracy tranzystorów w układach scalonych 171
9.4.1. Ogólna charakterystyka obwodów zasilania w układach scalonych 171 9.4.2. Podstawowe bloki w układach zasilania i stabilizacji punktów pracy tranzystorów bipolarnych 172 9.4.2.1. Źródła stałoprądowe - lustra prądowe 172 9.4.2.2. Stałoprądowe źródła odniesienia 178 9.4.2.3. Źródła napięcia odniesienia 181 9.4.3. Podstawowe bloki w układach zasilania i stabilizacji punktów pracy tranzystorów unipolarnych 185 9.4.3.1. Źródła stałoprądowe - lustra prądowe 185 9.4.3.2. Źródła napięciowe 191 10. Wzmacniacze tranzystorowe w różnych konfiguracjach 195 10.1. Wprowadzenie 195 10.2. Klasyfikacja wzmacniaczy 197 10.3. Tworzenie schematów zastępczych wzmacniaczy 198 10.4. Właściwości wzmacniaczy w zakresie średnich częstotliwości 203 10.4.1. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego emitera 203 10.4.2. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnej bazy 205 10.4.3. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego kolektora - wtórnik emiterowy 207 10.4.4. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego źródła 210 10.4.5. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnej bramki 214 10.4.6. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego drenu - wtórnik źródłowy 216 10.5. Właściwości wzmacniaczy w zakresie dużych częstotliwości 219 10.5.1. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego emitera i wspólnego źródła 219 10.5.2. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnej bazy i wspólnej bramki 223 10.5.3. Wzmacniacz w konfiguracji wspólnego kolektora i wspólnego drenu 224 10.6. Charakterystyki częstotliwościowe wzmacniaczy RC w zakresie małych częstotliwości 225 11. Sprzężenie zwrotne 229 11.1. Uwagi ogólne 229 11.2. Elementarna teoria sprzężenia zwrotnego 230 11.3. Wpływ sprzężenia zwrotnego na właściwości wzmacniaczy 233 11.3.1. Wpływ sprzężenia zwrotnego na wrażliwość wzmocnienia 233 11.3.2. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na zniekształcenia nieliniowe, zakłócenia i szumy 234 11.3.3. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na impedancję wejściową wzmacniacza 236
11.3.4. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na impedancję wyjściową wzmacniacza 237 11.4. Wpływ ujemnego sprzężenia zwrotnego na charakterystyki częstotliwościowe wzmacniaczy 239 11.5. Stabilność układów ze sprzężeniem zwrotnym 244 11.6. Przykłady wzmacniaczy z ujemnym sprzężeniem zwrotnym 246 12. Wzmacniacze prądu stałego 251 12.1. Wprowadzenie 251 12.2. Wzmacniacz różnicowy z tranzystorami bipolarnymi 251 12.2.1. Zasada działania wzmacniacza różnicowego 251 12.2.2. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza 253 12.2.3. Analiza małosygnałowa 256 12.2.4. Wzmacniacz różnicowy w zakresie dużych częstotliwości 260 12.2.5. Wzmacniacze z obciążeniem aktywnym 262 12.3. Wzmacniacz różnicowy z tranzystorami MOS 266 12.3.1. Charakterystyka przejściowa wzmacniacza 266 12.3.2. Wzmacniacze różnicowe MOS z obciążeniem aktywnym. Analiza małosygnałowa 268 12.4. Wzmacniacze operacyjne 273 12.4.1. Podstawowe właściwości wzmacniaczy operacyjnych 273 12.4.2. Budowa wzmacniaczy operacyjnych 275 12.4.3. Kompensacja charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza operacyjnego 278 12.4.4. Szybkość narastania napięcia wyjściowego 281 12.5. Inne wzmacniacze operacyjne 282 13. Liniowe zastosowania wzmacniaczy operacyjnych 289 13.1. Wprowadzenie 289 13.2. Podstawowe konfiguracje wzmacniacza operacyjnego w układach wzmacniających 289 13.2.1. Wzmacniacz odwracający 289 13.2.2. Wzmacniacz sumujący 292 13.2.3. Wzmacniacz nieodwracający 292 13.2.4. Wtórnik napięciowy 294 13.2.5. Wzmacniacz różnicowy 295 13.3. Układy całkujące i różniczkujące 296 13.3.1. Układ całkujący 296 13.3.2. Układ różniczkujący 298 13.4. Filtry aktywne 300 13.4.1. Klasyfikacja filtrów aktywnych i metody ich realizacji 300 13.4.2. Filtry bikwadratowe 302 13.4.3. Filtry aktywne realizowane metodą zmiennych stanu 311 13.4.4. Filtry aktywne z analogami indukcyjności 313
13.4.5. Filtry C-przełączane 314 13.4.5.1. Uwagi wstępne 314 13.4.5.2. Przykłady realizacji integratorów i filtrów SC 317 13.4.6. Filtry aktywne C pracujące w czasie ciągłym 322 14. Wzmacniacze szerokopasmowe i impulsowe 325 14.1. Wprowadzenie 325 14.2. Aproksymacja charakterystyk częstotliwościowych oraz związki między charakterystykami częstotliwościowymi i czasowymi układów liniowych 326 14.2.1. Zagadnienie aproksymacji charakterystyk idealnych 326 14.2.2. Maksymalnie płaska charakterystyka wzmocnienia 327 14.2.3. Charakterystyka równomiernie falista 329 14.2.4. Charakterystyka maksymalnie liniowej fazy 330 14.2.5. Związki pomiędzy parametrami częstotliwościowymi i impulsowymi wzmacniacza 332 14.3. Sposoby rozszerzania pasma wzmacniaczy 333 14.3.1. Właściwości szerokopasmowe jednostopniowego wzmacniacza oporowego w konfiguracji OE 333 14.3.2. Wzmacniacze z korekcją obwodów sprzęgających 337 14.3.3. Wzmacniacze z korekcją w obwodzie sprzężenia zwrotnego 337 14.4. Wzmacniacze kaskodowe 341 14.5. Niesymetryczny wzmacniacz różnicowy - układ OC-OB 343 14.6. Scalone wzmacniacze szerokopasmowe 344 15. Wzmacniacze selektywne wielkiej częstotliwości 349 15.1. Wprowadzenie 349 15.2. Obwody rezonansowe LC 350 15.2.1. Pojedynczy obwód rezonansowy LC 350 15.2.2. Obwody rezonansowe sprzężone 356 15.3. Filtry piezoelektryczne 360 15.3.1. Rodzaje filtrów piezoelektrycznych 360 15.3.2. Filtry kwarcowe 361 15.3.3. Filtry ceramiczne 365 15.4. Przykłady analizy jednostopniowych wzmacniaczy rezonansowych LC 366 15.5. Stabilność wzmacniaczy rezonansowych 371 15.6. Wzmacniacze selektywne o ulepszonych właściwościach wielkoczęstotliwościowych 373 15.7. Techniki realizacji wzmacniaczy selektywnych w.cz 376 16. Wzmacniacze mocy 379 16.1. Specyficzne problemy wzmacniaczy mocy 379 16.1.1. Odprowadzenie ciepła z tranzystora mocy 380
16.1.2. Klasy pracy wzmacniaczy 382 16.1.3. Układy sprzęgające obciążenie ze wzmacniaczem 383 16.1.4. Zniekształcenia nieliniowe we wzmacniaczach mocy 383 16.2. Wzmacniacze mocy klasy A 384 16.2.1. Wzmacniacz z obciążeniem rezystancyjnym bezpośrednio włączonym w obwód kolektora 384 16.2.2. Wzmacniacz ze sprzężeniem transformatorowym 386 16.3. Przeciwsobne wzmacniacze klasy B i AB 388 16.3.1. Zależności energetyczne wzmacniacza klasy B 389 16.3.2. Charakterystyka przejściowa i zniekształcenia nieliniowe 392 16.4. Rozwiązania układowe wzmacniaczy klasy AB 393 16.5. Wzmacniacze mocy z tranzystorami MOSFET 397 17. Szumy w układach elektronicznych 401 17.1. Źródła i rodzaje szumów 401 17.1.1. Uwagi wstępne 401 17.1.2. Szumy cieplne 402 17.1.3. Szumy śrutowe 403 17.1.4. Szumy strukturalne (szumy l/f lub szumy migotania) 404 17.1.5. Szumy wybuchowe 405 17.1.6. Szumy lawinowe 406 17.2. Szumowe modele przyrządów półprzewodnikowych 406 17.2.1. Dioda półprzewodnikowa 406 17.2.2. Tranzystor bipolarny 407 17.2.3. Tranzystor unipolarny JFET 408 17.2.4. Tranzystor unipolarny MOSFET 409 17.3. Sumowanie źródeł szumowych 410 17.4. Całkowity szum zastępczy odniesiony do wejścia wzmacniacza 411 17.4.1. Zastępcze źródła szumów odniesione do wejścia wzmacniacza 411 17.4.2. Zastępcze źródła szumów tranzystora bipolarnego 412 17.4.3. Zastępcze źródła szumów tranzystorów polowych 415 17.5. Wpływ sprzężenia zwrotnego na parametry szumowe wzmacniacza 417 17.6. Parametry szumowe układów elektronicznych 420 18. Stabilizatory o pracy ciągłej 423 18.1. Definicje, parametry i klasyfikacja stabilizatorów 423 18.2. Stabilizatory parametryczne 425 18.2.1. Parametryczny stabilizator napięcia z diodą stabilizacyjną (Zenera) 425 18.2.2. Parametryczny stabilizator prądu 428 18.2.3. Podsumowanie właściwości stabilizatorów parametrycznych... 429 18.3. Stabilizatory kompensacyjne 429
18.3.1. Zasada działania stabilizatorów kompensacyjnych 429 18.3.2. Szeregowe stabilizatory napięcia 430 18.3.3. Równolegle stabilizatory napięcia 437 18.4. Układy zabezpieczeń stabilizatorów 438 18.4.1. Układ z ograniczeniem prądu obciążenia 438 18.4.2. Układ z redukcjąprądu zwarcia 440 18.4.3. Ogranicznik prądu ze sprzężeniem zwrotnym 441 18.4.4. Zabezpieczenia nadnapięciowe 442 18.4.5. Zabezpieczenie termiczne 443 18.5. Kompensacyjny stabilizator prądu 443 18.6. Monolityczne stabilizatory napięcia 445 Literatura uzupełniająca 449