Электроника и микропроцессорная техника

Активные элементы электронных устройств

Для преобразования электрических сигналов (усиления, генерирования колебаний, изменения формы сигнала и т.д.) недостаточно использования в цепях пассивных линейных элементов. Для этих цепей в электронике широко применяются различные активные элементы, обладающие необходимыми нелинейными характеристиками. Исторически такими элементами долгое время служили электровакуумные и газонаполненные приборы. Сейчас подавляющее  развитие и распространение получили полупроводниковые приборы.

Работа большинства полупроводниковых приборов основана на свойствах т.наз. p-n перехода (электронно-дырочного перехода).

Электронно-дырочным переходом (ЭДП) называют область, возникшую на границе раздела полупроводников п-типа и р-типа. ЭДП получают вплавлением (резкий переход) или диффузией (плавный переход) в полупроводниковый монокристалл примесей, создающих тип проводимости, противоположный типу проводимости исходного монокристалла.

Электрические свойства ЭДП можно понять, если рассмотреть процесс его образования. Концентрация электронов в п-области пп (основные носители) во много раз больше их концентрации в р-области пр  (неосновные носители). Поэтому при образовании p-n перехода из-за существования градиента концентрации носителей заряда происходит диффузия электронов из п-области в р-область кристалла, а дырок из р-области в п-область. В результате этого вблизи границы ЭДП в n- области остается связанный положительный объемный заряд ионизированных атомов доноров (атомов примеси, обогащающей исходный монокристалл отрицательными носителями заряда – электронами), а в р-области  — отрицательный объемный заряд ионизированных атомов акцепторов (атомов примеси, обогащающей исходный монокристалл положительными носителями заряда–дырками).Эти объемные заряды образуют электрическое поле, препятствующее дальнейшей диффузии электронов и дырок, образуется запирающий слой, в котором практически отсутствуют подвижные основные (примесные) носители заряда, вследствие чего его сопротивление велико.  Устанавливается равновесие, при котором падение напряжения на границе р и п-областей, называемое потенциальным барьером или контактной разностью потенциалов, принимает стационарное значение. При этом полный ток через р-п переход равен нулю. Ширина области запирающего слоя (ширина р-п перехода) зависит от метода изготовления ЭДП и концентрации основных носителей в п- и р-областях и тем больше, чем меньше эти концентрации. Если к ЭДП приложить электрическое напряжение U, то равновесие нарушается. При обратном смещении (+U приложено к области n ) потенциальный барьер для основных носителей возрастает, вследствие чего ток через переход за счёт основных носителей практически равен нулю,однако по цепи: источник питания – переход протекает ток, порождаемый так называемыми неосновными носителями заряда. Неосновными носителями являются заряды p – типа в области n и n- типа в области p, возникающие в результате термогенерации атомов исходного монокристалла, их концентрация много меньше таковой для основных ( примесных ) носителей, для неосновных носителей слой объёмного заряда не является запирающим.Ток неосновных носителей мал по величине, слабо зависит от обратного напряжения на переходе, поскольку их концентрация постоянна для данной температуры и носит название обратного или теплового тока p-n перехода.

Увеличение обратного напряжения может привести к пробою р-п перехода. Под пробоем понимают явление резкого возрастания тока через переход, вызванное увеличением числа подвижных носителей заряда в обедненной области. Различают два основных вида пробоя: электрический и тепловой. В первом случае увеличение числа подвижных носителей заряда происходит за счет процессов ударной (лавинной) ионизации атомов, во второй – вследствие нарушения теплового равновесия и повышения температуры полупроводника. Напряжение, при котором происходит пробой, называется напряжением пробоя U_пр.

В случае прямого смещения (+U приложено к области p )  потенциальный барьер запирающего слоя уменьшается. Основные носители заряда пересекают ЭДП, образуя прямой ток через переход, который может достигать значительной величины. Этот процесс называют инжекцией  носителей. Инжектированные носители заряда диффундируют вглубь полупроводника, рекомбинируя с носителями заряда, приходящими из внешней цепи. Прямой ток через ЭДП устанавливается не мгновенно из – за  инерционности, которая обусловлена процессами рекомбинации и характеризуется временем жизни t  носителей заряда.  Величина t определяет частотные характеристики полупроводниковых приборов.
На рис. 10 приведена вольт – амперная характеристика  ЭДП, на которой различают прямую ветвь (1 квадрант) и обратную ветвь (3 квадрант).

Рис. 10 Вольт – амперная характеристика ЭДП

Полупроводниковым диодом – называют электропреобразовательный прибор с двумя выводами, принцип действия которого основан на использовании свойств ЭДП.

В зависимости от оформления p-n перехода различают плоскостные и точечные полупроводниковые диоды. В плоскостных граница между областями полупроводника представляет собой плоскость соприкосновения, в точечных диодах полупроводник контактирует с металлической иглой (ЭДП полупроводник – металл).

На рис.11 приведена в качестве примера наиболее распространённая структура плоскостного диода, изготовленного методом вплавления .

Рис. 11. Структурная схема плоскостного диода

Промышленность выпускает следующие типы полупроводниковых диодов.

Выпрямительные диоды – для преобразования переменного тока  в постоянный. В качестве основных материалов используются – кремний и германий. Прямое напряжение и рабочая температура кремниевых диодов выше, чем у германиевых. Частотные характеристики лучше у германиевых диодов. Диапазон прямых токов и допустимых обратных напряжений диодов весьма широк: от десятков миллиампер до сотен ампер и от десятков вольт до десятков киловольт соответственно. Величина обратных токов в зависимости от типа диода может находиться в пределах единиц микроампер – единиц миллиампер. Обратный ток диода характеризует  неидеальность его выпрямительных свойств, с этой точки зрения кремниевые диоды, имеющие существенно меньшие обратные токи перспективнее германиевых.

Высокочастотные диоды предназначены для использования в качестве ключевых элементов в импульсных схемах. Для диода состояние «включено» соответствует прямому смещению р-п перехода, состояние «выключено» – обратному. Характерной особенностью этих диодов является малая ёмкость перехода, достигаемая технологическим путем, благодаря чему время переходного процесса между двумя состояниями весьма мало.

Стабилитроны (опорные диоды) предназначены для поддержания неизменного напряжения (напряжения стабилизации) при больших изменениях тока. Стабилитроны работают при отрицательном смещении на р-п переходе при U = Uобр. (рис.10). Вольтамперные характеристики этих диодов имеют слабую зависимость напряжения от тока в области электрического пробоя. Основным параметром этих диодов является напряжение стабилизации.

Варикапы (параметрические диоды) используют в качестве конденсатора переменной ёмкости. Принцип действия их основан на свойстве барьерной ёмкости обратно смещенного перехода   изменять свою величину в зависимости от приложенного напряжения. Варикапы широко используются в схемах автоматической подстройки частоты, амплитудной и частотной модуляции, в схемах параметрических усилителей и др.

Светодиоды – приборы с р-п переходом, которые излучают свет при прохождении через них прямого тока. Светодиоды являются источниками некогерентного излучения. Светодиоды изготовляются на основе полупроводниковых материалов, вероятность излучательной рекомбинации в которых высока. Одним из основных параметров светодиодов является длина волны излучаемого света, которая определяет цвет излучения. Светодиоды находят широкое применение в качестве буквенно-цифровых индикаторов и индикаторных панелей, в установках аварийной сигнализации, в системах ночного видения, в контрольно-цифровой аппаратуре и др.

Туннельные диоды – используются в схемах генераторов и усилителей СВЧ диапазона, в быстродействующих ключевых и импульсных схемах и др. Принцип действия их основан на туннельном эффекте, который возможен в случае сверхмалой толщины ЭДП. Туннельные диоды изготавливают на основе таких высоколегированных полупроводниковых материалов как Ge и GaAs

Фотодиоды  -используются в качестве  приемников светового излучения,принцип работы основан на генерации под действием квантов света пар носителей заряда,которые разделяются  p-n переходом, образуя  на выходных выводах фотоэдс ,фотодиоды работают при обратном смещении перехода и используются в двух основных режимах: как датчик освещенности (режим фотоэдс) и как переменное сопротивление, включаемое последовательно с нагрузкой и зависящее от внешней освещенности. Весьма широко используется  комбинация : светодиод – фотодиод, конструктивно объединенные в одном приборе, называемом оптроном или оптопарой, такие оптопары служат для идеальной гальванической развязки маломощных управляющих и мощных нагрузочных цепей.

Тиристоры –полупроводниковые приборы ,основанные на трех — переходной диодной структуре, подразделяются на три основные типа :динисторы, тринисторы (чаще называются просто тиристорами) и симисторы. Основное назначение – коммутация больших нагрузочных токов в широком диапазоне напряжений на нагрузке. На рис.12 показана физическая модель динистора, включающая три p-n перехода.

При некотором напряжении между анодом и катодом, называемом напряжением включения, в коллекторном переходе создаются условия для лавинообразного нарастания числа неосновных носителей в результате чего электрическое сопротивление динистора резко падает, возрастает прямой ток, величина которого теперь будет определяться сопротивлением последовательно включенной нагрузки и приложенным напряжением. Вольт-амперная характеристика динистора с характерными точками,определяющими параметры динистора приведена на рис.13.

Следует отметить,что обратная ветвь  характеристики динистора ничем не отличается от таковой для диода, кроме того, после включения выключить динистор можно только одним способом – уменьшить прямой ток до величины Iвыкл.

Тринистор отличается от динистора наличием дополнительного  «управляющего» вывода, подачей напряжения на который, можно управлять моментом включения тринистора (Рис.14)

Вольт-амперная характеристика тринистора приведена на рис.15.

Разновидность тринистора – симистор обладает симметричной характеристикой  в первом и третьем квадрантах, таким образом,  симистор способен коммутировать переменный ток в нагрузке. Управление указанными приборами  ведется также только на включение, выключение возможно только путём снижения тока нагрузки. В принципе существуют тринисторы как с включением, так и с выключением с помощью управляющего электрода, однако при этом, выключающий ток сравним по величине с током нагрузки, в связи с этим  они используются крайне редко.

Условные графические обозначения диодов и их разновидностей приведены на рис.16.

На рис.16 приведены УГО следующих основных разновидностей диодов:

а) – диод выпрямительный,

б) – стабилитрон,

в)-варикап,

г)-туннельный диод,

д)-диод Шоттки (контакт:металл-полупроводник),

е)-светодиод,

ж)-фотодиод,

з)-диодный оптрон (оптопара),

и)-динистор,

к)-тринистор с управлением по катоду (управляющее напряжение действует между
управляющим электродом и катодом),

л)-симистор с управлением по катоду .

УГО диодов на принципиальных схемах сопровождается буквами «VD».

Система обозначений диодов в конструкторской документации:

• первый элемент  — цифра или буква:1 или Г (германий), 2 или К (кремний),3 или А (арсенид галлия),
• второй элемент — буква:        Д – выпрямительный диод,

В – варикап,

А – СВЧ диод,

И – туннельный диод,

С – стабилитрон,

Ц – выпрямительные блоки,

У – тиристоры,

АЛ  — излучающие диоды,

ФД – фотодиоды.

• третий элемент – 3^х значное число —  свойства  группы,
• четвёртый элемент – буква : особенности внутри группы.

Примеры обозначений: 1Д402А –германиевый выпрямительный диод, КД 202В —          кремниевый выпрямительный диод, КС107А – стабилитрон, КУ 208Г – симистор,  КВ110Б – варикап.

Биполярный транзистор (БТ) –  полупроводниковый прибор, принцип действия которого основан на взаимодействии близкорасположенных ЭДП. На рис.17схематически приведена структура БТ типа р п р.

Рис. 17.  Схематическое изображение транзистора типа рnр

Эмиттер (Э) – это область с высокой концентрацией положительных носителей заряда-дырок, база (Б) — тонкая область между эмиттером и коллектором (К). Переход, который образуется на границе областей эмиттер-база, называют эмиттерным, а на границе база-коллектор – коллекторным. Площадь коллекторного перехода в несколько раз больше площади эмиттерного перехода.

Классификация БТ производится по материалу полупроводника (германиевые, кремниевые, на основе арсенида галлия), по порядку следования областей (рпр и прп – транзисторы), по механизму движения неосновных носителей заряда в базе (дрейфовые и диффузионные), по мощности (малой, средней и большой) и по частоте (низкой, средней, высокой и сверхвысокой частоты).

Принцип действия транзистора рассмотрим на примере БТ рпр типа. С приложением к эмиттерно — базовому переходу прямого напряжения Uэ происходит инжекция дырок из эмиттера в базу и электронов из базы в эмиттер. Ввиду того, что эмиттер легирован много сильнее базы, поток инжектированных дырок будет намного превышать поток электронов. Инжектированные в базу дырки в результате диффузии будут перемещаться к коллекторному переходу и почти все дырки (за исключением успевших рекомбинировать в тонком базовом промежутке) достигнут коллектора. Возникающий при этом коллекторный ток Iк лишь немного меньше тока эмиттера Iэ.  Поскольку дырки в области базы являются неосновными носителями заряда часто говорят, транзистор работает на неосновных носителях заряда, кроме того, наличие двух источников смещения переходов объясняет происхождение термина «биполярный». Т.к. коллекторный переход смещён в обратном направлении, то его сопротивление на несколько порядков выше сопротивления эмиттерного перехода. При включении в цепь коллектора нагрузочного сопротивления Rн относительно малое изменение напряжения на эмиттере будет вызывать большое изменение напряжения на сопротивлении нагрузки. Таким образом, в результате различия входного и выходного напряжений транзистор даёт усиление по мощности. В зависимости от сочетаний величин и полярности напряжений на эмиттерном и коллекторном переходах транзистор может работать в области отсечки, активной области и области насыщения. Область отсечки характеризуется обратным смещением на обоих переходах, активная область – прямым смещением на одном переходе и обратным на другом; область насыщения – прямым смещением на обоих переходах. Кроме того, при различном сочетании напряжений, транзистор может работать в прямом (нормальном) и в обратном (инверсном) включениях. В последнем случае эмиттер служит коллектором, а коллектор – эмиттером. В режиме усиления при малых сигналах транзистор работает только в активной области, а при больших сигналах – в области отсечки и в активной области. В режиме переключения транзистор работает во всех трёх областях – активной, отсечки и насыщения.

В зависимости от того, какой электрод является общим для входной и выходной цепи, различают три схемы включения транзисторов: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК) рис.18

Рис. 18. Основные схемы включения транзистора

а) ОБ;    б)  ОЭ;   в) ОК

Для схемы с ОБ входной ток – Iэ, а выходной – Iк. В схеме с ОЭ входным током является ток базы, выходным – Iк, а в схеме с ОК входной ток – ток базы, а выходной – Iэ. Принцип работы транзистора для всех схем включения одинаков.

Статические характеристики транзистора представляют собой семейство входных и выходных характеристик транзистора, снятых при столь медленном изменении тока и напряжения, при котором можно пренебречь инерционностью прибора. Статические характеристики имеют различный вид для различных схем включения транзистора. На рис. 19приведены семейства входных (Iэ = f(Uэ) при Uк = const) и выходных характеристик (Iк = f(Uк) при Iэ = const) транзистора, включённого по схеме с общей базой.

Рис.19. Семейства входных (а) и выходных (б) характеристик транзистора, включенного по схеме с ОБ

На семействе выходных характеристик выделяют три области: I – активная область усиления транзистора; II – область отсечки; III – область насыщения. Реальные выходные характеристики отличаются от теоретических тем, что при увеличении Uк наблюдается рост  Iк. Это объясняется главным образом сужением базы при расширении коллекторного перехода под действием напряжения (Uк).Кроме того, через коллекторный переход протекает тепловой ток связанный с наличием неосновных носителей в области базы и коллектора, концентрация которых увеличивается примерно в два раза при повышении температуры коллекторного перехода на каждые 10⁰С за счет термогенерации.  Тепловой ток коллекторного перехода влияет на аддитивную  погрешность транзисторной усилительной схемы и это влияние необходимо учитывать при проектировании  усилительных схем, работающих в широком температурном диапазоне. Транзистор, также как и любой электронный прибор, характеризуется предельными режимами, превышение которых приводит к нарушению работы прибора и выходу его из строя. Максимально допустимые напряжения ограничиваются пробивными напряжениями соответствующих переходов, максимально допустимые мощность и ток ограничиваются максимально допустимой температурой коллекторного перехода , не приводящей к  тепловому пробою.

В показанных на рис.18 схемах включения транзисторов источники постоянных напряжений (Е) создают начальные токи в выводах транзистора (токи покоя), необходимые для обеспечения его работы в линейной области  входных и выходных характеристик, источники переменных напряжений (U) создают знакопеременные приращения  начальных токов, при этом,  эти приращения в усилительных схемах не должны приводить к нелинейным искажениям , т.е. в этом смысле должны быть «малыми». Источники «U» можно ,таким образом, рассматривать как источники входного сигнала, подлежащего усилению. В отличие от начального, режим работы с «малыми» сигналами называют рабочим (иногда динамическим) или режимом класса «А», этот режим используется в линейных усилителях. Если в начальном режиме рабочая точка транзистора находится на границе области отсечки (коллекторный ток может изменяться только в сторону увеличения), то говорят, что транзистор работает в классе «В», промежуточный режим называется классом «АВ». Разновидностью класса «В» является режим класса «С», когда на выходе воспроизводится лишь часть положительной полуволны входного сигнала, наконец, в режиме класса «Д» рабочая точка находится либо на границе области насыщения, либо на границе области отсечки (ключевой режим).Основными параметрами транзистора являются коэффициенты передачи токов:

• ? =Iк/Iэ  -коэффициент передачи эмиттерного тока в коллектор, меньше единицы за счёт рекомбинации части носителей в базе (базового тока), примерный диапазон значений: 0,9 – 0,99 в зависимости от типа транзистора,
• ? = Iк/Iб — коэффициент передачи базового тока в коллектор, примерный диапазон значений 10 – 1000 в зависимости от типа транзистора,

Поскольку  из принципа работы транзистора следует, что:Iэ = Iк +Iб, то легко показать взаимосвязь указанных коэффициентов: ? = ?/( ? +1), ? = ?/(1- ?),

1- ? =1/(1+ ?), кроме того очевидно, что Iэ/Iб = ? +1.

Величины указанных коэффициентов даже в пределах одной группы транзисторов  зависят от технологического разброса, температуры окружающей среды, частоты сигнала, величины коллекторного тока, обычно в расчетах используются средние значения с последующей корректировкой схемотехники с целью уменьшения погрешностей.

Условные графические обозначения транзисторов двух основных типов показаны на рис.20 , в схемах УГО сопровождается буквенным обозначением транзистора «VT», в перечне элементов к электрической  принципиальной схеме буквами «КТ»,например, КТ315.

С целью увеличения коэффициента усиления базового тока довольно часто применяется так называемый составной транзистор (схема Дарлингтона), показанный на рис.21

Из приведенной схемы вытекает ряд очевид
ных соотношений:
Iк=Iвых=Iк1+Iк2
Iк1=Iб1*?1
Iк2=Iэ1* ?2=Iб1*( ?1+1)* ?2
Iк1=Iб1*( ?1+ ?2+ ?1* ?2)
Кi=Iвых/Iвх=( ?1+ ?2+ ?1* ?2)? ?1* ?2,
здесь Кi-результирующий коэффициент усиления
входного тока много больший такового для одного
из транзисторов.

 

В расчетах электрических схем с транзисторами используют эквивалентные схемы замещения транзистора двух типов: физические, основанные на физической модели транзистора и формализованные, основанные на замене транзистора активным 4^х-полюсником.Следует отметить, что схемы замещения составляются только для переменных составляющих токов и напряжений, действующих в транзисторе, т.е. для рабочего режима, при этом имеются в виду малые сигналы в смысле указанном выше. На рис.22 приведена  для примера простейшая физическая эквивалентная схема транзистора, включенного по схеме ОЭ, источники постоянного напряжения считаются закороченными по переменному току и на схеме не показываются (действительно, источники питания электронных схем содержат на выходе фильтрующие конденсаторы большой ёмкости, реактивное сопротивление которых по переменному току весьма мало).

 

Пользуясь приведенной схемой можно найти ряд параметров транзистора:

приведенное уравнение справедливо, поскольку очевидно, что
и ответвлением входного тока в выходную цепь можно пренебречь.
Коэффициент передачи базового тока в коллектор в данном случае равен:

Пользуясь теоремой об эквивалентном генераторе, можно найти выходное сопротивление:

Достоинством данной эквивалентной схемы является её наглядность, т.к.она отражает внутреннюю структуру транзистора, однако, практическое измерение приведенных на схеме параметров затруднительно. Этот недостаток  восполняется при использовании эквивалентной схемы замещения  формализованного типа. Приведем пример замещения транзистора активным 4^х-полюсником (рис.23)

Рис.23. Схема замещения

4^х-полюсником

Для транзисторов чаще всего используются h-параметры,наиболее удобные для измерений.Система уравнений,связывающая напряжения и токи с h-параметрами имеет вид:

Физический смысл h-параметров: h₁₁ =  u₁/i₁ – входное сопротивление при коротком замыкании на выходе; h₁₂ = u₁/u₂ — коэффициент обратной связи по напряжению; h₂₁ = i₂/i₁—
коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе; h₂₂ = i₂/u₂ — выходная проводимость при холостом ходе на входе. Таким образом, очевидна методика измерения h-параметров, для различных схем включения транзисторов (ОБ,ОЭ,ОК) существуют формулы,связывающие h-параметры с параметрами физической модели транзистора, например,для рассматриваемого случая очевидны соотношения:

Полевые транзисторы представляют собой класс полупроводниковых приборов, в которых величина выходного тока изменяется под действием электрического по-
ля ,создаваемого входным напряжением, благодаря чему полевые транзисторы  имеют очень высокое (1-10МОМ) входное сопротивление. Указанное обстоятельство является главным достоинством этих приборов, что подчёркивается в их названии. Различают два подкласса полевых транзисторов: с управляющим  p-n переходом и с изолированным затвором со структурой металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структура).

В полевых транзисторах первого типа управление величиной тока осуществляется поперечным электрическим полем, создаваемым напряжением, приложенным к входному электроду. Полевой транзистор с управляющим р-п переходом состоит из тонкой пластинки полупроводникового материала с одним р-п переходом в центральной части и с невыпрямляющими контактами по краям (рис. 24).

Рис. 24. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом

Работа этих транзисторов основана на модуляции эффективного сечения канала, которую осуществляют изменением толщины запирающего слоя обратно смещённого р-п перехода. Область, от которой начинают движение основные носители называют истоком, а область, к которой движутся основные носители – стоком. Область, используемая для управления током, протекающим через канал, называют затвором. Источник Е₁ создаёт отрицательное напряжение на затворе. Ток, протекающий через канал Iс можно модулировать переменным входным напряжением. Постоянное отрицательное напряжение, при котором токопроводящий канал окажется перекрытым, называют пороговым или напряжением отсечки. К параметрам, характеризующим максимально допустимые режимы, относятся максимально допустимое напряжение между стоком и истоком, между затвором и истоком и максимально допустимая мощность рассеивания в транзисторе. На рис.25 приведены примерные выходные характеристики транзистора этого типа:

Рис.25. Семейство выходных характеристик полевого транзистора с n-каналом и p-n переходом

В качестве основного параметра полевого транзистора используется крутизна характеристики Iс =f(Uзи) в пологой области семейства выходных характеристик:

S = dIс/dUзи    при Uси = Const.

Полевые транзисторы с изолированным затвором (ПТИЗ^ы) бывают двух типов: с встроенным каналом и с индуцируемым каналом, рассмотрим  их физические модели (рис.26)

Рис. 26. Физические модели МДП полевых транзисторов

Семейства выходных характеристик указанных транзисторов приведены на рис.27.

Рис.27. Выходные характеристики МДП полевых транзисторов

Из характеристик транзистора с встроенным каналом следует, что он может работать   с обеднением  канала носителями тока, когда  входное напряжение положительно и дырки оттесняются вглубь кристалла ,поскольку заряды пластин конденсатора, образованного металлом затвора , диэлектрическим «зазором» и полупроводником должны быть одинаковы и противоположны по знаку. Кроме того, указанный транзистор может работать и с обогащением канала при отрицательном значении входного напряжения по тем же причинам. Транзистор с индуцируемым каналом,  как это следует из модели и характеристик, может работать только в режиме обогащения канала. Основным параметром  МДП транзисторов также является приведенный выше  коэффициент «S».

Условные графические обозначения полевых транзисторов разных типов приведены на рис.28.

В транзисторах с изолированным затвором как правило делается вывод от подложки (П), который может быть использован в некоторых случаях как второй затвор, чаще всего он накоротко соединяется с истоком. В схемах полевые транзисторы обозначаются как и биполярные буквами «VT» , в перечнях элементов буквами «КП» и числом, кодирующим свойства данного типа транзистора, например, КП 720 — мощный  полевой транзистор с индуцируемым каналом n-типа.

Элементы индикации (ЭИ) предназначены для преобразования электрических сигналов в видимые, удобные для визуального наблюдения. Классификация ЭИ приведена на рис. 29, из которой видно, что в основе классификации элементов индикации устройств отображения информации (УОИ) лежит многообразие физических принципов их работы и областей применения. По принципу светоотдачи они разделяются на активные и пассивные: активные ЭИ характеризуются генерацией фотонов, а пассивные – тем, что управляют излучением внешнего источника путем модуляции таких параметров, как отражение, поглощение, рассеяние или поляризация.

Рис.29. Классификация ЭИ

К основным параметрам ЭИ относятся яркость, контрастность, размеры знакоместа, угол обзора, информационная емкость, напряжение питания и потребляемый ток.

Широкое распространение в технике отображения информации получили электронно-лучевые трубки (ЭЛТ). В настоящее время разработаны их новые типы, работающие в качестве специальных индикаторов-дисплеев или экранных пультов.

Светоизлучающие диоды (СИД) представляют собой класс твёрдотельных приборов, в которых электрическая энергия превращается непосредственно в световую. По своим электрическим характеристикам СИД совместимы с низковольтными транзисторами и ИС, принцип их работы рассмотрен выше.

Промышленностью освоен широкий спектр вакуумных люминесцентных индикаторов (ВЛИ). Достоинство ВЛИ – сопрягаемость с микроэлектроникой, технологическое совмещение на одной плате индикатора со схемами управления, высокая яркость свечения и большая долговечность. С помощью ВЛИ можно отобразить информацию в виде букв, символов, получая практически любые размеры информационного поля. Принцип работы основан на возбуждении зерен люминофора сфокусированным электронным пучком.

Достоинство газоразрядных ЭИ – малое потребление энергии, высокая яркость и надёжность, а также возможность использования в плоскостных конструкциях. Эти ЭИ являются самыми многочисленными и распространёнными среди активных элементов индикации. Перспективными являются газоразрядные индикаторные панели (ГИП), которые начинают конкурировать с ЭЛТ, так как имеют плоскую конструкцию, высокую яркость и стабильность изображения, а схемы управления полностью построены на цифровой логике. Принцип работы основан на свечении инертных газов в электрическом поле.

Достоинством ЭИ с использованием волоконной оптики является высокая светособирательная способность, возможность изменения масштаба передаваемого изображения и увеличения интенсивности светового потока. Для отображения десятичных цифр применяют световоды с цифрами от 0 до 9, которые укладываются знаковыми торцами и склеиваются. Необходимая цифра отображается при включении на соответствующем световоде  источника света.

Успехи в лазерной технике создали предпосылки для разработки систем отображения информации с помощью лучей лазера, которые с успехом заменили электронный луч. В ЭИ на лазерах используются следующие методы:

— визуальной лазерной индикации, когда на экран направляется свет лазера;

— индикации с активным экраном, при котором луч лазера применяется для управления световым излучением активного материала экрана;

— лазерно-лучевого светового клапана, когда луч лазера обеспечивает управление оптическими свойствами материала (например, коэффициентом пропускания или отражения), а отдельный источник обычного типа даёт свет для проекции на экран.

Достоинство ЭИ на лазерах – возможность создания экранов любых размеров.

Среди пассивных ЭИ широко известны электромагнитные индикаторы, принцип действия которых основан на модулировании внешнего рассеянного освещения, падающего на информационное табло. Основным элементом такого индикатора является подвижный элемент-шторка, на одной стороне которого нанесено светопоглощающее покрытие, на другой — светоотражающее. При изменении вектора напряжённости магнитного поля на 180°, шторка поворачивается в одну или другую сторону к внешнему освещению. В результате наблюдается либо темное, либо светлое пятно на фоне окружающего (нерабочего) промежутка. Достоинство таких ЭИ — простота конструкции, высокая контрастность. В последнее время широкое распространение находят жидкокристаллические индикаторы (ЖКИ), которые конкурируют во многих случаях с активными светоизлучающими диодами. Принцип их работы заключается в изменении ориентации молекул жидкого кристалла (высокомолекулярное вещество, обладающее как свойствами жидкости: вязкость,текучесть,так и свойствами кристалла — строго определенное расположение молекулярных цепочек) под действием внешнего электрического поля в результате чего изменяется  светопоглощающая способность. К перспективной группе пассивных элементов индикации относятся электрохромные ячейки конденсаторного типа. Принцип действия элементов такого типа основан на явлении окрашивания (потемнения) тонких (0,3-1,5) мкм слоев электрохромного вещества вследствие инжекции в него электронов из электродов под влиянием электрического напряжения до 10 В. Электрохромные ячейки обладают эффектом памяти. Быстродействие их составляет десятки миллисекунд. Недостатками являются малая долговечность и температурная нестабильность..

Электрогальванопластические ЭИ представляют собой миниатюрную электрическую герметизированную ванночку, в которой при пропускании тока металл катода осаждается на прозрачном аноде, вследствие чего ячейка темнеет и теряет окраску электролита. Скорость изменения цвета составляет доли секунды, но сама ячейка обладает эффектом устойчивой памяти.

Источники электропитания электронных устройств подразделяются на первичные(аккумуляторы ,гальванические элементы , сетевое напряжение) и вторичные, преобразующие выходные параметры первичных источников к виду ,необходимому для данных конкретных целей. Однако в любом случае источники электропитания могут быть источниками тока  или напряжения. Следует отметить, что один и тот же источник может быть как тем ,так и другим в зависимости от конкретной организации нагрузочной цепи.

Часто на практике необходимо реализовать источник напряжения, когда  напряжение на нагрузке не зависит в определённых пределах от величины самой нагрузки, например, при согласовании  внутреннего сопротивления источника сигнала со входным сопротивлением усилителя. Простейшая электрическая цепь в данном случае будет выглядеть как показано на рис.30.

Рис.30. Электрическая цепь с источником и нагрузкой

Е –э.д.с. источника сигнала,
Rи –внутреннее сопротивление источника,
Rн – эквивалентное сопротивление нагрузки,
Iн – ток нагрузки,
Uвых – выходное напряжение.

Очевидно, что режим генератора напряжения будет тем строже, чем ближе к 1 коэффициент передачи данной схемы,т.е.

Для той же схемы режим генератора тока ( ток не зависит от Rн) можно организовать, если обеспечить схемным путём неравенство Rи » Rн, действительно: