Команда
Контакти
Про нас

    Головна сторінка


Аналіз і моделювання біполярних транзисторів





Скачати 145.72 Kb.
Дата конвертації21.12.2018
Розмір145.72 Kb.
Типреферат

8. Робота біполярного транзистора на високих частотах.

З підвищенням частоти посилення, що дається транзисторами, знижується. Є дві головні причини цього явища. По-перше, на більш високих частотах шкідливо впливає ємність колекторного переходу . Найпростіше розглянути цей вплив на еквівалентній схемі з генератором струму, показаної для схеми ПРО на рис. 8-1.

Мал. 8-1. Еквівалентна схема транзистора з урахуванням ємностей переходів


На низьких частотах опір ємності дуже велике, також дуже велике (зазвичай ) І можна вважати, що весь струм йде в навантажувальний резистор, т. е. . Але на деякій високій частоті опір ємності стає порівняно малим і в неї відгалужується помітна частина струму, створюваного генератором, а струм через відповідно зменшується. Отже, зменшуються , , , Вихідна напруга і вихідна потужність.

Якщо уявити собі, що частота прагне до нескінченності, то опір ємності прямує до нуля, т. е. створює коротке замикання для генератора і весь його ток піде через , А в навантаженні струму взагалі не буде. До подібного ж результату можна прийти, якщо розглянути еквівалентну схему з генератором ЕРС.

Ємність емітерного переходу З е також зменшує свій опір з підвищенням частоти, але вона завжди шунтуватися малим опором емітерного переходу і тому її шкідливий вплив може проявлятися тільки на дуже високих частотах, на яких значення виходить одного порядку з .

Сутність впливу ємності С е полягає в тому, що чим вище частота, тим менше опір цієї ємності, тим сильніше вона шунтирует опір . Отже, зменшується змінна напруга на емітерний перехід, але ж саме воно управляє струмом колектора. Відповідно зменшується ефект від посилення. Якщо частота прагне до нескінченності, то опір прямує до нуля і напруга на емітерний перехід також знизиться до нуля. Практично на менш високих частотах ємність , Яка шунтуватися дуже великим опором колекторного переходу . Вже настільки сильно впливає, що робота транзистора на більш високих частотах, на яких могла б впливати ємність С е стає недоцільною. Тому вплив ємності С е в більшості випадків можна не розглядати.

Отже, внаслідок впливу ємності С до на високих частотах зменшуються коефіцієнти посилення і .

Другою причиною зниження посилення на більш високих частотах є
відставання по фазі змінного струму колектора від змінного струму емітера.
Воно викликано інерційністю процесу переміщення носіїв через базу від емітерного переходу до колекторному), а також інерційністю процесів накопичення і розсмоктування заряду в базі. Носії, наприклад електрони в транзисторі типу n - p - n. здійснюють в базі дифузійне рух, і тому швидкість їх не дуже велика. Час пробігу носіїв через базу в звичайних транзисторах 10 -7 с, т. е. 0,1 мкс і менше. Звичайно, це час дуже не велике, але на частотах в одиниці, десятки мегагерц і вище воно порівнянно з періодом коливань і викликає помітний фазовий зсув між струмами колектора і емітера. За рахунок зсуву на високих частотах зростає змінний струм бази, а від цього знижується коефіцієнт посилення по току .

Мал. 8-2 Рис. 8-3.

Мал. 8-2 Векторні діаграми дай струмів транзистора при різних частотах.

Мал. 8-3 Зменшення коефіцієнтів і при підвищенні частоти.


Найзручніше простежити це явище за допомогою векторних діаграм, зображених на рис. 8-2. Перша з них відповідає низькій частоті, наприклад 1 кГц, на якій все струми практично співпадають по фазі, так як становить мізерну частку періоду коливань. На низьких частотах має своє найбільше значення . При більш високій частоті, наприклад 1 МГц, запізнювання струму на час щодо струму викликає помітний фазовий зсув між цими струмами. Тепер струм бази дорівнював не алгебраїчної, а геометричній різниці струмів і і внаслідок цього він значно збільшився. Тому, навіть якщо струм ще не зменшився за рахунок впливу ємності С до, то коефіцієнт все ж стане помітно менше На ще більш високій частоті, наприклад 10 МГц, фазовий зсув зросте, ток ще більше збільшиться, а коефіцієнт зменшиться.

Таким чином, при підвищенні частоти коефіцієнт зменшується значно сильніше, ніж Коефіцієнт а знижується від впливу ємності С до а на значення впливає ще й фазовий зсув між і за рахунок часу пробігу носіїв через базу. Звідси ясно, що схема ОЕ в порівнянні зі схемою ПРО має значно гіршими частотними властивостями.

Прийнято вважати граничним допустимим зменшення значень і на 30% в порівнянні з їх значеннями і на низьких частотах. Ті частоти, на яких відбувається таке зниження посилення, т. Е. На яких і , Називають граничними або граничними частотами посилення для схем ПРО і ОЕ. Ці частоти позначають відповідно і .оскільки зменшується набагато сильніше, ніж , то значно нижче . Можна вважати, що

На рис. 8-3 зображений приблизний графік, що показує для деякого транзистора зменшення коефіцієнтів і з підвищенням частоти, відкладеної на графіці в логарифмічному масштабі. Для зручності по вертикальній осі відкладені не власними і , А відносні величини і

Крім граничних частот посилення і транзистор характеризується ще максимальною частотою генерації , При якій коефіцієнт посилення за проектною потужністю знижується до 1. Очевидно, що при , коли , Можливе застосування даного транзистора в генераторі з самозбудженням Але якщо , То генерації коливань вже не буде.

Іноді в розрахункових формулах зустрічається також гранична частота посилення струму . яка відповідає , Т. Е. При цій частоті транзистор в схемі з ОЕ перестає посилювати струм.

Слід зазначити, що на високих частотах відбувається не тільки зміна значень і , Внаслідок впливу ємностей переходів і часу пробігу носіїв через базу, а також процесів накопичення і розсмоктування заряду в базі власні параметри транзистора на високих частотах змінюються і вже не є чисто активними опорами. Змінюються також і всі інші параметри.

Поліпшення частотних властивостей транзисторів, т. Е. Підвищення їх граничних частот посилення і , Досягається зменшенням ємності колекторного переходу С до і часу пробігу носіїв через базу . На жаль, зниження ємності шляхом зменшення площі колекторного переходу призводить до зменшення граничного струму. т. е. до зниження граничної потужності.

Деяке зниження ємності С до досягається зменшенням концентрації домішки в колекторі. Тоді колекторний перехід стає товщі, що рівноцінно збільшенню відстані між обкладинками конденсатора. Ємність зменшується, і, крім того, при більшій товщині переходу збільшується напруга пробою і це дає можливість підвищити потужність. Але зате зростає опір області колектора і в ній втрати потужності будуть більше, що особливо небажано для потужних транзисторів. Для зменшення намагаються зробити базу дуже тонкої і збільшити швидкість носіїв в ній. Але при більш тонкої базі доводиться знижувати напругу , Щоб при збільшенні товщини колекторного переходу не сталося «прокол бази». Електрони при дифузії є більш рухливими, ніж дірки. Тому транзистори типу n - p - n при інших рівних умовах є більш високочастотними, ніж транзистори типу p - n - p. Більш високі граничні частоти можуть бути отримані при використанні напівпровідників, у яких рухливість носіїв вище. Збільшення швидкості пробігу носіїв через базу досягається також в тих транзисторах, у яких в базі створено електричне поле, що прискорює рух носіїв.

35



9. Робота біполярного транзистора в імпульсному режимі

Транзистори широко застосовуються в різних імпульсних пристроях. Робота транзисторів в імпульсному режимі, інакше званому ключовим або режимом перемикання, має ряд особливостей.

Розглянемо імпульсний режим транзистора за допомогою його вихідних характеристик для схеми ОЕ. Нехай в ланцюг колектора включений резистор навантаження . Відповідно до цього на рис. 9-1 побудована лінія навантаження. До надходження на вхід транзистора імпульсу вхідного струму або вхідної напруги транзистор знаходиться в закритому стані (в режимі відсічення), що відповідає точці . В цілі колектора проходить малий струм (в даному випадку наскрізний струм і, отже, цей ланцюг наближено можна вважати розімкнутої. напруга джерела майже всі повністю докладено до транзистора.

Мал. 9-1. Визначення параметрів імпульсного режиму транзисторів за допомогою вихідних характеристик.

Якщо на вхід поданий імпульс струму , То транзистор переходить в режим насичення і працює в точці . Виходить імпульс струму колектора , Дуже близький за значенням до . Його іноді називають струмом насичення. В цьому режимі транзистор виконує роль замкнутого ключа і майже вся напруга джерела падає на , А на транзисторі є лише дуже невелике залишкову напругу в десяті частки вольта, зване напругою насичення .

хоча напруга в точці не змінило свій знак, але на самому колекторному переході воно стало прямим, і тому точка дійсно відповідає режиму насичення. Покажемо це на наступному прикладі. Нехай є транзистор n - p - n і , А напруга на базі . Тоді на колекторі по відношенню до бази буде напруга , Тобто на колекторному переході пряму напругу 0,4 В.

Звичайно, якщо імпульс вхідного струму буде менше , То імпульс струму колектора також зменшиться. Але зате збільшення імпульсу струму бази понад практично вже не дає зростання імпульсу вихідного струму. Таким чином, максимальне можливе значення імпульсу струму колектора

(9.1)

Крім , і імпульсний режим характеризується також коефіцієнтом посилення по току В, який на відміну від визначається не через збільшення струмів, а як відношення струмів, відповідних точці :

(9.2)

Інакше кажучи, є параметром, що характеризує посилення малих сигналів, а В відноситься до посилення великих сигналів, зокрема імпульсів, і за значенням дещо відрізняється від .

Параметром імпульсного режиму транзистора служить також його опір насичення

(9.3)

значення у транзисторів для імпульсної роботи зазвичай складає одиниці, іноді десятки Ом.

Аналогічно розглянутій схемі ОЕ працює в імпульсному режимі і схема ПРО.



Мал. 9-2. Спотворення форми імпульсу струму транзистором.


Якщо тривалість вхідного імпульсу у багато разів більше часу перехідних процесів накопичення і розсмоктування зарядів в базі транзистора, то імпульс вихідного струму має майже таку ж тривалість і форму, як і вхідний імпульс. Але при коротких імпульсах, т. Е. Якщо складає одиниці мікросекунд і менше, може спостерігатися значне спотворення форми імпульсу вихідного струму і збільшення його тривалості.

Для прикладу на рис. 9-2 показані графіки короткого імпульсу вхідного струму прямокутної форми і імпульсу вихідного струму при включенні транзистора по схемі ПРО. Як видно, імпульс колекторного струму починається з запізненням на час (Час затримки), що пояснюється кінцевим часом пробігу носіїв через базу. Цей струм наростає поступово протягом часу (Тривалості фронту), що становить помітну частину . Таке поступове збільшення струму пов'язано з накопиченням носіїв в базі. Крім того, носії, інжектованих в базу на початку імпульсу вхідного струму, мають різні швидкості і не всі відразу досягають колектора. час + є часом включення . Після закінчення вхідного імпульсу за рахунок розсмоктування заряду, який накопичився в базі, ток триває деякий час (Час розсмоктування), а потім поступово спадає протягом часу спаду . час + є час вимикання . В результаті імпульс колекторного струму значно відрізняється за формою від прямокутного і розтягнутий в часі в порівнянні з вхідним імпульсом. Отже, сповільнюється процес включення і виключення колекторної ланцюга, затягується час, протягом якого ця ланцюг знаходиться в замкнутому стані. Інакше кажучи, за рахунок інерційності процесів накопичення і розсмоктування заряду в базі транзистор не може здійснювати досить швидке включення і виключення, т. Е. Не забезпечує достатню швидкодію ключового режиму.

На рис. 9-2 показаний ще графік струму бази, побудований на підставі співвідношення . Як видно, струм цей має складну форму.

Спеціальні транзистори для роботи короткими імпульсами повинні мати малі ємності і тонку базу. Як правило, це малопотужні дрейфові транзистори. Щоб швидше розсмоктувався заряд, що накопичується в базі, в неї додають в невеликій кількості домішки, що сприяють швидкої рекомбінації накопичених носіїв (наприклад, золото).


39



10. Математична модель біполярного транзистора.


Загальна еквівалентна схема транзистора, використовувана при отриманні математичної моделі, показана на ріс.10-1. Кожен p- n-перехід представлений у вигляді діода, а їх взаємодія відображено генераторами струмів. Якщо емітерний pn-перехід відкритий, то в ланцюзі колектора буде протікати струм, дещо менший емітерного (через процес рекомбінації в базі). Він забезпечується генератором струму . Індекс N означає нормальне включення. Так як в загальному випадку можливо і інверсне включення транзистора, при якому колекторний p - n-перехід відкритий, а емітерний зміщений у зворотному напрямку і прямому колекторного струму відповідає емітерний струм , В еквівалентну схему введено другий генератор струму , де - коефіцієнт передачі колекторного струму.

Таким чином, струми емітера і колектора в загальному випадку містять дві складові: інжектіруемого ( або ) І збирається ( або ):

, (10.1)

Емітерний і колекторний p - n-переходу транзистора аналогічні p - n-переходу діода. При роздільному підключенні напруги до кожного переходу їх вольтамперних характеристика визначається так само, як і в випадку діода. Однак якщо до одного з p - n -переходів прикласти напругу, а висновки іншого p - n-переходу замкнути між собою накоротко, то струм, що протікає через p - n-перехід, до якого прикладено напругу, збільшиться через зміни розподілу неосновних носіїв заряду в базі. тоді:

, (10.2)

де - тепловий струм емітерного p - n-переходу, виміряний при замкнутих накоротко висновках бази і колектора; - тепловий струм колекторного p - n-переходу, виміряний при замкнутих накоротко висновках бази і емітера.

Мал. 10-1. Еквівалентна схема ідеалізованого транзистора


Зв'язок між тепловими струмами p - n -переходів , включених роздільно, І тепловими струмами , отримаємо з (10.1 і 10.2). нехай . тоді . при . Підставивши ці вирази в (10.1), для струму колектора отримаємо .

відповідно для маємо

Токи колектора і емітера з урахуванням (10.2) приймуть вид

(10.3)

На підставі закону Кирхгофа струм бази

(10.4)

При використанні (10.1) - (10.4) слід пам'ятати, що в напівпровідникових транзисторах в найзагальнішому випадку справедливо рівність

(10.5)

Вирішивши рівняння (10.3) відносно , отримаємо

(10.6)

Це рівняння описує вихідні характеристики транзистора.

Рівняння (10.3), вирішені щодо , Дають вираз, що характеризує ідеалізовані вхідні характеристики транзистора:

(10.7)

У реальному транзисторі крім теплових струмів через переходи протікають струми генерації - рекомбінації, канальні струми і струми витоку. Тому , , , як правило, невідомі. У технічних умовах на транзистори зазвичай приводять значення зворотних струмів pn -переходів , . визначені як струм відповідного переходу при непідключеному виведення іншого переходу.

Якщо pn-перехід зміщений у зворотному напрямку, то замість теплового струму можна підставляти значення зворотного струму, т. Е. Вважати, що і . У першому наближенні це можна робити і при прямому зміщенні pn-переходу. При цьому для кремнієвих транзисторів замість слід підставляти , Де коефіцієнт m враховує вплив струмів реального переходу (m = 2 - 4). З урахуванням цього рівняння (10.3), (10.5) часто записують в іншому вигляді, який більш зручний для розрахунку ланцюгів з реальними транзисторами:

(10.8)

(10.9)

(10.10)

де .

Розрізняють три основні режими роботи біполярного транзистора: активний, відсічення, насичення.

В активному режимі один з переходів біполярного транзистора зміщений в прямому напрямку прикладеним до нього зовнішнім напругою, а інший - в зворотному напрямку. Відповідно в нормальному активному режимі в прямому напрямку зміщений емітерний перехід, і в (10.3), (10.8) напруга має знак «+». Колекторний перехід зміщений у зворотному напрямку, і напруга в (10.3) має знак «-». При інверсному включенні в рівняння (10.3), (10.8) слід підставляти протилежні полярності напруг , . При цьому відмінності між інверсним і активним режимами носять тільки кількісний характер.

Для активного режиму, коли і (10.6) запишемо у вигляді .

З огляду на, що зазвичай і , Рівняння (10.7) можна спростити:

(10.11)

Таким чином, в ідеалізованому транзисторі струм колектора і напруга емітер-база при певному значенні струму не залежить від напруги, прикладеного до колекторного переходу. Насправді зміна напруги змінює ширину бази через зміну розмірів колекторного переходу і відповідно змінює градієнт концентрації неосновних носіїв заряду. Так, зі збільшенням ширина бази зменшується, градієнт концентрації дірок в базі і ток збільшуються. Крім цього, зменшується ймовірність рекомбінації дірок і збільшується коефіцієнт . Для обліку цього ефекту, який найбільш сильно проявляється при роботі в активному режимі, у вираз (10.11) додають додаткове доданок

(10.12)

- диференційний опір замкненого колекторного pn-переходу.

вплив напруги на ток оцінюється за допомогою коефіцієнта зворотного зв'язку по напрузі

,

який показує, у скільки разів слід змінювати напругу для отримання такого ж зміни струму , Яке дає зміна напруги . Знак мінус означає, що для забезпечення = Const збільшення напруг повинні мати протилежну полярність. коефіцієнт досить малий ( ), Тому при практичних розрахунках впливом колекторного напруги на емітерний часто нехтують.

У режимі глибокої відсічення обидва переходу транзистора зміщені у зворотному напрямку за допомогою зовнішніх напружень. Значення їх модулів повинні перевищувати . Якщо модулі зворотних напруг прикладених до переходів транзистора виявляться менше , То транзистор також буде знаходитися в області відсічення. Однак струми його електродів виявляться більше, ніж в області глибокої відсічення.

З огляду на, що напруги і мають знак мінус, і вважаючи, що і , Вираз (10.9) запишемо у вигляді

(10.13)

Підставивши в (10.13) значення , Знайдене з (10.8), і розкривши значення коефіцієнта А, отримаємо

(10.14)

що , а , То вирази (10.14) істотно спростяться і приймуть вид

(10.15)

де ;

З (10.15) видно, що в режимі глибокої відсічення струм колектора має мінімальне значення, рівне току одиничного p - n-переходу, зміщеного в зворотному напрямку. Струм емітера має протилежний знак і значно менше струму колектора, так як .Тому в багатьох випадках його вважають рівним нулю: .

Струм бази в режимі глибокої відсічення приблизно дорівнює струму колектора:

(10.15)

Режим глибокої відсічення характеризує замкнений стан

транзистора, в якому його опір максимально, а струми

електродів мінімальні. Він широко використовується в імпульсних пристроях, де біполярний транзистор виконує функції електронного ключа.

При режимі насичення обидва p - n-переходу транзистора за допомогою прикладених зовнішніх напружень зміщені в прямому напрямку. При цьому падіння напруги на транзисторі ( ) Мінімально і оцінюється десятками мілівольт. Режим насичення виникає тоді, коли струм колектора транзистора обмежений параметрами зовнішнього джерела енергії і при даній схемі включення не може перевищити якесь значення . У той же час параметри джерела зовнішнього сигналу взяті такими, що струм емітера істотно більше максимального значення струму в колекторної ланцюга: .

Тоді колекторний перехід виявляється відкритим, падіння напруги на транзисторі-мінімальним і не залежних від струму емітера. Його значення для нормального включення при малому струмі ( ) одно

(10.16)

Для інверсного включення

(10.16)

У режимі насичення рівняння (10.12) втрачає свою справедливість. Зі сказаного ясно, що, для того щоб транзистор з активного режиму перейшов в режим насичення, необхідно збільшити струм емітера (при нормальному включенні) так, щоб початок виконуватися умова . Причому значення струму , При якому починається цей режим, залежить від струму , Що визначається параметрами зовнішнього ланцюга, в яку включений транзистор.


44



11. Вимірювання параметрів біполярного транзистора.

Для перевірки параметрів транзисторів на відповідність вимогам технічних умов, а також для отримання даних, необхідних для розрахунку схем, використовуються стандартні вимірювачі параметрів транзисторів, що випускаються промисловістю.

За допомогою найпростішого випробувача транзисторів вимірюються коефіцієнт посилення по току , Вихідна провідність і початковий струм колектора

Більш складні вимірювачі параметрів дозволяють, швидко визначивши значення , , , , транзисторів в схемах ПРО і ОЕ, оцінити, чи знаходяться данні вимірювань в межах допустимого розкиду і чи придатні випробувані транзистори до застосування за критерієм надійності.

Параметри транзисторів можна визначити також за наявними в довідниках плі знятим в лабораторних умовах характеристикам.

При визначенні параметрів зазвичай вимірюють зворотні струми колектора (Завжди) і емітера (При необхідності) в спеціальних схемах для транзисторів - підсилювачів, що працюють в вихідних каскадах, і для транзисторів - перемикачів. При вимірах малих струмів використовують високочутливі мікроамперметра, які потребують захисту від перевантажень.

Необхідно виміряти також напруги , , , , .

напруга вимірюють при заданому струмі обмеженому опором в колекторі, по спостереженню на екрані осцилографа ділянки вольтамперної характеристики, відповідного лавинному пробою. Можна також вимірювати величину вольтметром з падіння напруги на який обмежує опорі. При цьому фіксується показання приладу в момент різкого зростання струму. напруга вимірюється по зміні напрямку струму бази. Напруга між емітером і колектором фіксується в момент, коли струм бази (при цьому ). величину визначають аналогічно напрузі . при знаходженні вимірювання проводиться в схемі ОЕ в режимі насичення при заданому коефіцієнті насичення. Бажано вимірювання проводити в імпульсному режимі, щоб розсіюється транзистором потужність була мінімальною. величина визначається аналогічно напрузі в схемі ОЕ.

Серед параметрів, що характеризують частотні властивості транзисторів, найбільш просто виміряти величину . Для її визначення слід виміряти на частоті , В 2 - 3 рази більшою , Модуль коефіцієнта передачі струму в схемі ОЕ , тоді . всі частоти , Які вказуються в якості параметрів, взаємопов'язані і можуть бути обчислені.

При вимірі бар'єрної ємності колекторного переходу С до зазвичай використовують метод порівняння з еталонною ємністю в коливальному контурі і Q-метр. Ємність вимірюється при заданому зворотному напрузі на переході.

Важливим є вимірювання як параметр постійної часу (Зазвичай в номінальному режимі транзистора). Змінна напруга досить великої частоти (5 МГц) подається в ланцюг колектор - база та вольтметром вимірюється напруга на вході між емітером і базою. Потім в вимірювальну ланцюг замість транзистора включається еталонна ланцюжок RC. Змінюючи значення RC, домагаються тих же показань вольтметра. отримане RC дорівнюватиме постійної транзистора.

тепловий опір вимірюється за допомогою термочутливих параметрів ( , , ) З використанням графіків залежності цих параметрів від температури. Для потужних транзисторів найчастіше вимірюють величину для малопотужних -

Параметр великого сигналу В вимірюється на постійному струмі (відношення / ) Або імпульсним методом (відношення амплітуд струму колектора і бази).

При вимірі h-параметрів найбільші труднощі виникають при визначенні коефіцієнта зворотного зв'язку по напрузі, . Тому зазвичай вимірюють параметри , , а потім обчислюють за формулами перерахунку значення . Вимірювання малосигнальних параметрів виробляються на частотах не більше 1000 Гц.


46



12. Основні параметри біполярного транзистора.


Електричні параметри.


Напруга насичення колектор-емітер при , не більше ---------------------------- 0,3 В


Статичний коефіцієнт передачі струму в схемі з загальним емітером при , :

при Т = 298 К ------------ 30 - 90

при Т = 358 К ------------ 30 - 180

при Т = 228 К ------------- 15 - 90

Модуль коефіцієнта передачі струму при f = 100 МГц, , не більше ------------------------------- 3


Ємність колекторного переходу при , F = 10 МГц не більше --- 6 пФ


Ємність емітерного переходу при , F = 10 МГц не більше ------ 8 пФ


Зворотний струм колектора при не більше:

при Т = 228 К і Т = 298 К ------- 1 мкА

при Т = 358 К --------------------- 10 мкА


Зворотний струм колектор - емітер при , не більше

100 мкА


Граничні експлуатаційні дані.


Постійна напруга колектор - емітер при --------- 17 В

Постійна напруга база - емітер при ------------------------------------- 4 В

Постійний струм колектора:

при Т = 298 К ----------------- 10 мА

при Т = 358 К ----------------- 5 мА

Імпульсний струм колектора при , --------------------- 25 мА

Постійна розсіює потужність колектора:

при Т = 228 - 298 К ----------------- 1 мВт

при Т = 358 К ------------------------ 5 мВт

Імпульсна розсіює потужність колектора , 50 мВт

Температура навколишнього середовища ------------------------------------ Від 228 до 358 К

Максимально допустима постійна розсіює потужність колектора в мВт при Т = 298 - 358 К визначається за формулою:


графіки:



Рис 12-1 Вхідні

Характеристики



Рис 12-3 Залежність статичного коефіцієнта передачі струму від напруги колектор-емітер


Рис 12-2 Залежність зворотного струму колектора від температури




Рис 12-4 Залежність статичного коефіцієнта передачі струму від струму емітера


48



13. Застосування біполярних транзисторів в електронних схемах.


Даний радіомікрофон призначений для озвучування заходів, і т. Д. Пристрій працює в УКХ діапазоні на частоті 87,9 МГц, спеціально відведеній для радіомікрофонів, і його сигнали приймають на звичайний радіомовний приймач з діапазоном УКХ-2. Дальність дії радіомікрофона в межах прямої видимості - понад 200 м.


Схема і принцип дії. Схема радіомікрофона приведена на рис. 13-1. Передавач зібраний на транзисторі VT4 по однокаскадного схемою. Таке рішення для мініатюрного пристрою, яким є радіомікрофон, виправдано, так як використання в передавачі окремо, що задає і вихідного каскаду призводить до зниження його економічності і зростанню габаритів.

Як відомо, частота LC-генератора, що працює в області 100 МГц, істотно залежить від напруги живлення.

Передавач містить два контури - контур L1C9C10C12C13VD2, що задає частоту генератора, і вихідний контур L3C15C16, пов'язаний з антеною. Це підвищує стабільність генерованої частоти.

Ставить контур підключений до транзистора VT4 за схемою Клаппа. Вплив зміни параметрів транзистора VT4 при зміні напруги живлення на задає контур введено до мінімуму вибором малого коефіцієнта включення транзистора в контур (визначається ємністю конденсаторів СЮ, С12,

С13). Для підвищення температурної стабільності частоти застосовані конденсатори С9, СЮ, С12, С13 з малим ТКЕ, а коефіцієнт включення в задає контур варикапа VD2 невеликий через малу ємність конденсатора С9.

Вихідний П-коктур дозволяє узгодити антену з виходом транзистора

VT4 і покращує фільтрацію вищих гармонік. Вихідний контур налаштований на частоту другої гармоніки задає контуру. Це зменшує вплив вихідного контуру на задає контур через ємність переходу колектор-база транзистора VT4, завдяки чому покращується стабільність частоти передавача. За рахунок усіх цих заходів догляд частоти передавача при зміні напруги живлення від 5 до 10 В невеликий і підстроювання приймача в процесі роботи не потрібно.

Звуковий сигнал з електретного мікрофона ВМ1 надходить на вхід мікрофонного підсилювача, зібраного на операційному підсилювачі (ОУ) DA2. Харчування мікрофон отримує через резистор R1 і розв'язує ланцюг R5C2. Для зниження споживаної потужності на місці DA2 використаний мікропотужний ОУ К140УД12. Резистор R10 задає струм ОУ близько 0,2 мА. Великої потужності від мікрофонного підсилювача не потрібно, тому що він навантажений на варікап, а потужність управління варикапом, що представляє собою обратносмещенного діод, вкрай мала R7 і опір ділянки сток-витік польового транзистора VT1 утворюють ланцюг негативного зворотного зв'язку, що визначає коефіцієнт посилення мікрофонного підсилювача. Канал польового транзистора VT1 служить регульованим опором в системі АРУ. При напрузі затвор-витік, близькому до нульового, опір каналу - близько 1 кОм і коефіцієнт посилення мікрофонного підсилювача близький до 100. При зростанні напруги до 0,5 ... 1 В опір каналу підвищується до 100 кОм а коефіцієнт посилення мікрофонного підсилювача зменшується до 1. Це забезпечує майже незмінний рівень сигналу на виході мікрофонного підсилювача при зміні рівня сигналу на його вході в широких межах.

Конденсатор С4 створює спад АЧХ мікрофонного підсилювача в області високих частот для зменшення глибини модуляції на цих частотах і запобігання розширенню спектра сигналу передавача. Конденсатор СЗ блокує ланцюг зворотного зв'язку підсилювача DA2 по постійному струму. Через резистор R4 на неінвертуючий вхід ОП DA2 надходить напруга зсуву, необхідне при однополярному харчуванні.

Транзистор VT3 виконує функцію детектора системи АРУ і управляє польовим транзистором VT1. Поріг спрацьовування системи АРУ встановлюється підстроєні резистором R12. Коли сигнал з виходу мікрофонного підсилювача і відмикає напруга зсуву з частини резистора R12 в сумі зрівняються з напругою відкривання переходу емітер-база транзистора VT3, останній відкривається, подаючи напругу на затвор польового транзистора VT1. Опір каналу польового транзистора VT1 збільшується, і коефіцієнт посилення мікрофонного підсилювача зменшується.

Завдяки АРУ амплітуда сигналу на виході підсилювача підтримується практично на постійному рівні. Цей рівень можна регулювати, змінюючи резистором R12 напруга зсуву транзистора VT3. Ланцюг R9C5 задає постійну часу спрацьовування, а ланцюг R8C5 - постійну часу відновлення системи АРУ. Для компенсації температурних змін напруги відкривання переходу емітер-база транзистора VT3 напруга на резистор R12 подано з діода VD1,

Транзистор VT3, ланцюг формування порога спрацьовування АРУ R11R12VD1 і резистор R4, через який надходить зсув на неінвертуючий вхід ОП, отримують живлення від стабілізатора напруги DA1. Це ж напруга подано через резистор R14 в якості напріженія зміщення на варікап VD2. Так як ємність варикапа істотно залежить від прикладеної до нього напруги зсуву, то до його стабільності висуваються жорсткі вимоги. Тому стабілізатором DA1 служить мікросхема КР142ЕН19, що представляє собою стабілізатор напруги паралельного типу. Вибором резисторів R2 і R3 задають напруга стабілізації близько 3,5 В на виводі 3 мікросхеми DA1. Баластних опором служить генератор струму на польовому транзисторі VT2. що підвищує економічність стабілізатора.


Рис 13-1 Електрична принципова схема радіо мікрофона.



51



14. Література


1. І.П. Жеребцов «Основи Електроніки», Ленінград «Енергатоміздат» 1985 р


2. В.Г. Гусєв, Ю.М. Гусєв «Електроніка», Москва «Вища школа» 1991 р


3. В.В. Пасинків, Л.К. Чірікін «Напівпровідникові прилади», Москва «Вища школа» 1987 р


4. В.А. Батушев «Електронні прилади», Москва «Вища школа» 1980 г.


5. Морозова І.Г. «Фізика електронних приладів», Москва «Атомиздат» 1980 г.


6. Напівпровідникові прилади. Транзистори. Довідник / за ред. М.М. Горюнова, Москва «Енергатоміздат» 1985 р


7. Журнал «Радіо»


Web-література

1. www.referat.ru

2. www.radiofanat.ru

3. www.radio.ru


52



Міністерство Освіти Республіки Молдова

Технічний Університет Молдови

Факультет радіоелектроніки і Телекомунікацій

Кафедра Телекомунікацій



Курсова робота


з дисципліни Радіоелектроніка I

Тема: Аналіз та моделювання біполярних транзисторів.


Виконав: Студент групи TLC-034

Раєцький Микола


Перевірив: Зав.кафедрой телекомунікації

Бежан Микола Петрович


Chi ş in ă u 2004


зміст

Курсової роботи з дисципліни Радіоелектроніка I.


Тема: Аналіз та моделювання біполярних транзисторів.


  1. Завдання.

  2. Вступ.

  3. Технологія виготовлення біполярного транзистора КТ 380.

  4. Аналіз процесів в біполярному транзисторі.

  5. Статичні характеристики біполярного транзистора включеного за схемою з загальним емітером, загальною базою і загальним колектором.

  6. Аналіз еквівалентної схеми біполярного транзистора.

  7. Н - параметри біполярного транзистора.

  8. Робота біполярного транзистора на високих частотах.

  9. Робота біполярного транзистора в імпульсному режимі.

  10. Математична модель біполярного транзистора.

  11. Вимірювання параметрів біполярного транзистора.

  12. Основні параметри біполярного транзистора.

  13. Застосування біполярних транзисторів в електронних схемах (на прикладі радіомікрофона).

  14. Література.


2



2. Введення.


Історична довідка. Обсяг досліджень з фізики твердого тіла наростав з 1930-х років, а в 1948 було повідомлено про винахід транзистора. За створенням транзистора пішов надзвичайний розквіт науки і техніки. Було дано поштовх дослідженням в області вирощування кристалів, дифузії в твердому тілі, фізики поверхні і в багатьох інших областях. Були розроблені різні типи транзисторів, серед яких можна назвати точковий германієвий і кремнієвий з вирощеними переходами, польовий транзистор (ПТ) і транзистор зі структурою метал - оксид - напівпровідник (МОП-транзистор). Були створені також пристрої на основі інтерметалевих з'єднань елементів третього і п'ятого стовпців періодичної системи Менделєєва; прикладом може служити арсенід галію. Найбільш поширені планарниє кремнієві, польові і кремнієві МОП-транзистори. Широко застосовуються також такі різновиди транзистора, як тріодних тиристори і сімістори, які відіграють важливу роль в техніці комутації і регулювання сильних струмів.

У 1954 було вироблено трохи більше 1 млн. Транзисторів. Зараз цю цифру неможливо навіть вказати. Спочатку транзистори коштували дуже дорого. Сьогодні транзисторні пристрої для обробки сигналу можна купити за кілька центів.


Без транзисторів не обходиться не одне підприємство, яке випускає електроніку. На транзисторах заснована вся сучасна електроніка. Їх широко застосовують в тілі, радіо та комп'ютерних апаратурі.

Транзистори є напівпровідникові прилади з двома pn-переходами. У найпростішому випадку транзистори складаються з кристала германію та двох острієв (емітер і колектор), що стосуються поверхні кристала на відстані 20-50 мікронів один від одного. Кожне вістря утворює з кристалом звичайний випрямний контакт з прямою провідністю від вістря до кристалу. Якщо між емітером і базою подати напругу прямої полярності, а між колектором і базою - зворотної полярності, то виявляється, що величина струму колектора знаходиться в прямій залежності від величини струму емітера.

Площинний транзистор складається з кристала напівпровідника (германію, кремнію, арсеніду, індію, астату, і ін.), Що має три шари різної провідності p і n. Провідність типу p створюється надлишковими носіями позитивних зарядів, так званими "дірками", які утворюються в разі нестачі електронів в шарі. В шарі типу n провідність здійснюється надлишковими електронами.

Рис 1-1. n - p - n транзистор

Таким чином, можливі два типи площинних транзисторів: p - n - p, в якому два шару типу p (наприклад, германію) розділені шаром n, n - p - n, в якому два шару типу n розділені шаром типу p.

З транзисторів можна скласти схеми різних призначень. Наприклад можна зібрати підсилювачі струму, потужності, підсилювачі звукових частот, декодери аудіо, відео, теле-радіо сигналів, а також найпростіші логічні схеми, засновані на принципі і-або-ні.

Транзистори КТ380 - кремнієві епітаксійних-планарні p - n - p універсальні високочастотні малопотужні.

Призначені для роботи в перемикаючих схемах, в схемах підсилювачів високої частоти герметезірованой апаратури.

Бекорпусні, з гнучкими висновками з гнучкими висновками, із захисним покриттям. Транзистори поміщаються в герметичну заводську упаковку. Позначення типу та цоколевка наводяться в паспорті.

Маса транзистора не більше 0,01 м


5



3. Технологія виготовлення біполярного транзистора КТ380.


Епітаксіальна технологія дозволяє розширити робочий діапазон транзисторів, особливо ключових, за рахунок зменшення послідовного опору колектора. Вона заснована на вирощуванні дуже тонкого шару напівпровідника (достатнього для формування активних елементів) поверх вихідного шару того ж самого матеріалу. Цей епітаксіальний шар являє собою продовження вихідної кристалічної структури, але з рівнем легування, необхідним для роботи транзистора. Підкладку сильно легують (до змісту легуючої домішки порядку 0,1%), ретельно полірують і потім промивають, оскільки дефекти на поверхні підкладки позначаються на досконало структури епітаксійного шару.

Вирощування досконалого епітаксійного шару - дуже складний процес, що вимагає ретельного вибору матеріалів та підтримки виключної загальної чистоти в системі. Шар вирощується методом хімічного осадження з парової фази, зазвичай з пари тетрахлориду кремнію SiCl 4. При цьому використовується водень, який відновлює SiCl 4 до чистого кремнію, які облягають потім на підкладці при температурі близько 1200 0 С. Швидкість зростання епітаксійного шару - близько 1 мкм / хв, але її можна регулювати. Для легування шару в робочу камеру вводять миш'як (домішка n-типу), фосфор (n-тип) або бор (p-тип). Зазвичай вирощують тільки один шар, але в деяких випадках, наприклад при виготовленні багатошарових тиристорів, отримують два шари - один n, а інший p-типу. Товщина епітаксійного шару становить від декількох мікрометрів для надвисокочастотних транзисторів до 100 мкм для високовольтних тиристорів. Епітаксиальні матеріал дає можливість виготовляти транзистори для підсилювачів і електронних ключів.

На противагу технології мезаструктур, при якій дифузія відбувається рівномірно по всій поверхні напівпровідника, планарная технологія вимагає, щоб дифузія була локалізована. Для іншої частини поверхні необхідна маска. Ідеальним матеріалом для маски є діоксид кремнію, який можна нарощувати поверх кремнію. Так, спочатку в атмосфері вологого кисню при 1100 0 С вирощують шар діоксиду товщиною близько 1000 нм (це займає приблизно годину з чвертю). На вирощений шар наносять фоторезист, який може бути сенсітізірован для прояву ультрафіолетовим світлом. На фоторезист накладають маску з контурами базових областей, в яких повинна проводитися дифузія (їх тисячі на одній підкладці), і експонують фоторезист під освітленням. На ділянках, що не закритих непрозорою маскою, фоторезист твердне під дією світла. Тепер, коли фоторезист виявлений, його легко видалити розчинником з тих місць, де він не затвердів, і на цих місцях відкриється незахищений діоксид кремнію. Для підготовки підкладки до дифузії незахищений діоксид витравлюють і платівку промивають. (Тут мова йде про «негативний» фоторезисте. Існує також «позитивний» фоторезист, який, навпаки, після освітлення легко розчиняється.) Дифузію проводять як двохстадійний процес: спочатку кілька легуючої домішки (бору в разі npn -транзісторов) вводять в базовий поверхневий шар, а потім - на потрібну глибину. Першу стадію можна здійснювати різними способами. У найбільш поширеному варіанті пропускають кисень через рідкий трихлорид бору; діффузант переноситься газом до поверхні і осідає під тонким шаром борсодержащего скла і в самому цьому шарі. Після такої початкової дифузії скло видаляють і вводять бор на потрібну глибину, в результаті чого виходить колекторний pn-перехід в епітаксиальні шарі n-типу. Далі виконують еміттерную дифузію. Поверх базового шару нарощують діоксид, і в ньому прорізають вікно, через яке за одну стадію дифузією вводять домішка (зазвичай фосфор), формуючи тим самим емітер. Ступінь легування емітера принаймні в 100 разів більше, ніж ступінь легування бази, що необхідно для забезпечення високої ефективності емітера.

В обох дифузійних процесах, згаданих вище, переходи переміщуються як по вертикалі, так і в бічному напрямку під діоксидом кремнію, так що вони захищені від впливу навколишнього середовища. Багато пристроїв герметизують поверхневим шаром нітриду кремнію товщиною близько 200 нм. Нітрид кремнію непроникний для лужних металів, таких, як натрій і калій, які здатні проникати крізь діоксид кремнію і «отруювати» поверхні в переходах і поблизу від них. Далі з використанням методів фотолітографії на поверхню пристрою напилюють метал контакту (алюміній або золото), відокремлений від кремнію іншим металом (наприклад, вольфрамом, платиною або хромом), впекается його в області базової і емітерного контактів, а надлишок видаляють. Потім напівпровідникову платівку шляхом розпилювання або розламування після надрізання поділяють на окремі мікрокристали, які прикріплюються до позолоченого крісталлодержателю або вивідний рамці (найчастіше евтектичним припоєм кремній - золото). З висновками корпусу емітер і базу з'єднують золотими нитками. Транзистор герметизують в металевому корпусі або шляхом закладення в пластик (останнє дешевше).

Спочатку контакти робили з алюмінію, але виявилося, що алюміній утворює із золотом крихке з'єднання, що володіє високим опором.Тому дротові контакти з алюмінієвої або золотий зволікання стали відокремлювати від кремнію іншим металом - вольфрамом, платиною або хромом.

Гранична частота транзисторів загального призначення становить кілька сот мегагерц - приблизно стільки ж, скільки було у ранніх високочастотних германієвих транзисторів. В даний час для високочастотних типів ця межа перевищує 10 000 МГц. Потужні транзистори можуть працювати при потужності 200 Вт і більше (в залежності від типу корпусу), і нерідкі колекторні напруги в декілька сотень вольт. Використовуються кремнієві пластинки розміром кілька сантиметрів, причому на одній такій платівці формується не менше 500 тис. Транзисторів.

Транзисторні структури можуть бути різного виду. Транзистори для низькочастотних схем з низьким рівнем сигналу нерідко мають точково-кільцеву конфігурацію (точка - емітер, кільце - база), яка, однак, не знайшла широкого застосування в тих випадках, коли пред'являються вимоги високої частоти і великої потужності. У таких випадках і в транзисторах багатьох низькочастотних типів найчастіше застосовується зустрічно-гребенчатая структура. Це як би два гребінця з широкими проміжками між зубцями, розташовані на поверхні так, що зубці одного входять між зубцями іншого. Один з них є емітером, а інший - базою. База завжди повністю охоплює емітер. Основна частина гребінця служить струмового шиною, рівномірно розподіляє струм, так що все еміттерние зубці мають однакове зміщення і дають однаковий струм. Це дуже важливо для сільноточних приладів, в яких локальна неоднорідність зміщення може внаслідок місцевого наростання струму призвести до точкового перегріву. У нормальному робочому режимі температура переходу в транзисторах повинна бути нижче 125 0 С (при ~ 150 0 С параметри приладу починають швидко змінюватися, і робота схеми порушується), а тому в потужних транзисторах необхідно домагатися рівномірного розподілу струму по всій їх площі. Потужнострумові пристрої часто розділяють на секції (групи зубців, або малих транзисторів), з'єднані між собою струмовими шинами з малим опором.

У транзисторах для діапазону надвисоких частот - інші труднощі. Їх максимальна робоча частота обмежується часом затримки, яке потрібно для зарядки емітерного і колекторного переходів (оскільки заряд переходів залежить від напруги, вони ведуть себе як конденсатори). Це час можна звести до мінімуму, зменшивши до межі площа емітера. Оскільки ефективно діє лише периферійна частина емітера, зубці роблять дуже вузькими; зате число їх збільшують так, щоб отримати потрібний струм. Ширина зубця типового високочастотного емітера складає 1-2 мкм, і такі ж проміжки між зубцями. База зазвичай має товщину 0,1-0,2 мкм. На частотах вище 2000 МГц час переносу заряду через базу вже не є визначальною характеристикою - істотно також час перенесення через область колектора; однак цей параметр можна зменшити лише шляхом зменшення зовнішньої напруги на колекторі.


8



4. Аналіз процесів в біполярному транзисторі


Розглянемо насамперед, як працює транзистор (для прикладу типу n -р- n) в режимі без навантаження, коли включені тільки джерела постійних живлячих напруг E 1 і E 2 (рис. 4-1, а). Полярність їх така, що на емітерний перехід напруга пряме, а на колекторному переході - зворотне. Тому опір емітерного переходу мало і для отримання нормального струму в цьому переході достатньо напруги Е 1 в десяті частки вольта. Опір колекторного переходу велике, і напруга Е2 зазвичай становить одиниці або десятки вольт. Зі схеми на рис. 4-1, а видно, що напруга між електродами транзистора пов'язані простою залежністю:

(4.1)

При роботі транзистора в активному режимі зазвичай завжди і, отже, .

Вольтамперная характеристика емітерного переходу являє собою характеристику напівпровідникового діода при прямому струмі. А вольтамперная характеристика колекторного переходу подібна характеристиці діода при зворотному струмі.

Принцип роботи транзистора полягає в тому, що пряме напруга емітерного переходу, т. Е. Ділянки база-емітер ( ), Істотно впливає на струм колектора: чим більше це напруга, тим більше струми емітера і колектора. При цьому зміни струму колектора лише незначно менше змін струму емітера. Таким чином, напруга , Т. Е. Вхідна напруга, управляє струмом колектора. Посилення електричних коливань за допомогою транзистора засноване саме на цьому явищі.


Рис 4-1. Рух електронів і дірок в транзисторах типу n -р- n і р- n -р.

Фізичні процеси в транзисторі відбуваються таким чином. При збільшенні прямої вхідної напруги знижується потенційний бар'єр, в емітерний перехід і відповідно зростає струм через цей перехід струм емітера . Електрони цього струму инжектируются з емітера в базу і завдяки дифузії проникають крізь базу в колекторний перехід, збільшуючи струм колектора. Так як колекторний перехід працює при зворотній напрузі, то в цьому переході виникають об'ємні заряди, показані на малюнку гуртками зі знаками «+» і «-». Між ними виникає електричне поле. Воно сприяє просуванню (екстракції) через колекторний перехід електронів, які прийшли сюди від емітера, т. Е. Втягує електрони область колекторного переходу.

Якщо товщина бази досить мала і концентрація дірок в ній невелика, то більшість електронів, пройшовши через базу, не встигає рекомбінувати з дірками бази і досягає колекторного переходу. Лише невелика частина електронів рекомбинирует в базі з дірками. В результаті рекомбінації виникає струм бази, що протікає в проводі бази. Дійсно, в сталому режимі число дірок в базі має бути незмінним. Внаслідок рекомбінації кожну секунду скільки-то дірок зникає, але стільки ж нових дірок виникає за рахунок того, що з бази йде в напрямку до плюса джерела E 1 таке ж число електронів. Інакше кажучи, в базі не може накопичуватися багато електронів. Якщо деяке число інжектованих в базу з емітера електронів не доходить до колектора, а залишається в базі, рекомбініруя з дірками, то точно таке ж число електронів повинно йти з бази у вигляді струму . Оскільки струм колектора виходить менше струму емітера, то відповідно до першого закону Кірхгофа завжди існує наступне співвідношення між струмами:

(4.2)

Струм бази є непотрібним і навіть шкідливим. Бажано, щоб він був якомога менше. зазвичай становлять відсотки струму емітера, т. е. і, отже, струм колектора лише незначно менше струму емітера. т. е. можна вважати . Саме для того, щоб струм був якомога менше, базу роблять дуже тонкою і зменшують в ній концентрацію домішок, яка визначає концентрацію дірок. Тоді менше число електронів буде рекомбінувати в базі з дірками.

Якби база мала значну товщину і концентрація дірок в ній була велика, то велика частина електронів емітерного струму, диффундируя через базу, рекомбинированного б з дірками і не дійшла б до колекторного переходу. Струм колектора майже не збільшувався б за рахунок електронів емітера, а спостерігалося б лише збільшення струму бази.

Коли до емітерного переходу напругу не докладено, то практично можна вважати, що в цьому переході майже немає струму. В цьому випадку область колекторного переходу має великий опір постійному струму, так як основні носії зарядів віддаляються від цього переходу і по обидва боки від кордону створюються області, обідні цими носіями. Через колекторний перехід протікає лише дуже невеликий зворотний струм, викликаний переміщенням назустріч один одному неосновних носіїв, т. Е. Електронів з р-області і дірок з n-області.

Але якщо під дією вхідної напруги виник значний струм емітера, то в область бази з боку емітера инжектируются електрони, які для даної області є неосновними носіями. Не встигаючи рекомбінувати з дірками при дифузії через базу, вони доходять до колекторного переходу. Чим більше струм емітера, тим більше електронів приходить до колекторного переходу і тим менше стає його опір. Відповідно збільшується струм колектора. Інакше кажучи, зі збільшенням струму емітера в базі зростає концентрація неосновних носіїв, інжектованих з емітера, а чим більше цих носіїв, тим більше струм колекторного переходу, т. Е. Струм колектора .

Дане одному з електродів транзистора назву «емітер» підкреслює, що відбувається інжекція електронів з емітера в базу. Застосування терміну «інжекція» необхідно для того, щоб відрізняти дане явище від електронної емісії, в результаті якої виходять вільні електрони в вакуумі або розрідженому газі.

За рекомендованої термінології емітером слід називати область тран зістора, призначенням якої є інжекція носіїв заряду в базу. К лектором називають область, призначенням якої є екстракція носіїв заряду з бази. А базою є область, в яку инжектируются емітером неосновні для цієї області носії заряду.

Слід зазначити, що емітер і колектор можна поміняти місцями (так званий інверсний режим). Але в транзисторах, як правило, колекторний перехід робиться зі значно більшою площею, ніж емітерний перехід, так як потужність, що розсіюється в колекторному переході, набагато більше, ніж розсіюється в емітерний. Тому якщо використовувати емітер як колектор, то транзистор буде працювати, але його можна застосовувати тільки при значно меншої потужності, що недоцільно. Якщо площі переходів зроблені однаковими (транзистори в цьому випадку називають сім загсі), то будь-яка з крайніх областей може з однаковим успіхом працювати в якості емітера або колектора.

Оскільки в транзисторі струм емітера завжди дорівнює сумі струмів колектора і бази, то прирощення струму емітера також завжди дорівнює сумі збільшень колекторного і базового струмів:

(4.3)

Важливою властивістю транзистора є приблизно лінійна залежність між його струмами, т. Е. Все три струму транзистора змінюються приблизно пропорційно один одному. Нехай, для прикладу, = 10 мА, = 9,5 мА, = 0,5 мА. Якщо струм емітера збільшиться, наприклад, на 20% і стане рівним 10 + 2 = 12 мА. то інші струми зростуть також на 20%: = 0,5 + 0.1 = 0,6 мА і = 9,5 + 1,9 = 11,4 мА, так як завжди повинно бути виконано рівність (4.2), тобто 12 мА = 11,4 мА + 0,6 мА. А для збільшення струмів справедливо рівність (4.3), т. Е. 2 мА = 1,9 мА + 0,1 мА.

Ми розглянули фізичні явища в транзисторі типу п-р-п. Подібні ж процеси відбуваються в транзисторі типу р-п-р але в ньому міняються ролями електрони і дірки, а також змінюються на зворотні полярності напруг і напрямки струмів (рис. 4-2, б). У транзисторі типу р-п-р з емітера в базу инжектируются не електронний, а дірки. Вони є для бази неосновними носіями. Зі збільшенням струму емітера більше таких дірок проникає через базу до колекторного переходу. Це викликає зменшення його опору і зростання струму колектора. Роботу транзистора можна наочно представити за допомогою потенційної діаграми, яка показана на рис. 4-2 для транзистора типу n- р -n.


Мал. 4-2. Потенційна діаграма транзистора


Цю діаграму зручно використовувати для створення механічної моделі транзистора. Потенціал емітера прийнятий за нульовий. У емітерний перехід є невеликий потенційний бар'єр. Чим більша напруга , Тим нижче цей бар'єр. Колекторний перехід має значну різницю потенціалів, що прискорює електрони. У механічної моделі кульки, аналогічні електронам, за рахунок своїх власних швидкостей піднімаються на бар'єр, аналогічний емітерного переходу, проходять через область бази, а потім прискорено скочуються з гірки, аналогічної колекторного переходу.

Крім розглянутих основних фізичних процесів в транзисторах доводиться враховувати ще ряд явищ.

Істотний вплив на роботу транзисторів чинить опір бази , Тобто опір, яке база надає току бази . Цей струм протікає до висновку бази в напрямку, перпендикулярному напрямку емітер - колектор. Так як база дуже тонка, то в напрямку від емітера до колектора, т. Е. Для струму , Її опір дуже мало і не береться до уваги. А в напрямку до висновку бази опір бази (Його називають поперечним) досягає сотень Ом, так як в цьому напрямку база аналогічна дуже тонкому провіднику. Напруга на емітерний перехід завжди менше, ніж напруга , Між висновками бази і емітера, так як частина напруги, що підводиться втрачається на опорі бази. З урахуванням опору можна зобразити еквівалентну схему транзистора для постійного струму так, як це зроблено на рис. 4-3. На цій схемі - опір емітера, в яке входять опір емітерного переходу і емітерний області. значення у малопотужних транзисторів досягає десятків Ом. Це випливає з того, що напруга на емітерний перехід не перевищує десятих часток вольта, а струм емітера в таких транзисторах становить одиниці міліампер. У більш потужних транзисторів більше і відповідно менше. наближено визначається формулою (в Омах)

(4.4)

де струм , Виражається в міліампер.

опір колектора являє собою практично опір колекторного переходу і складає одиниці і десятки кіло. У нього входить також опір колекторної області, але воно порівняно мало і їм можна знехтувати.

Схема на рис. 4-3 є вельми наближеною, тому що насправді емітер, база і колектор мають між собою контакт не в одній точці, а в безлічі точок по всій площі переходів. Проте ця схема може застосовуватися для розгляду багатьох процесів в транзисторі.

Мал. 4-3. Еквівалентна схема транзистора для постійного струму


При підвищенні напруги на колекторному переході в ньому відбувається лавинної розмноження носіїв заряду, що є головним чином результатом ударної іонізації. Це явище і тунельний, ефект можуть викликати електричний пробій, який при зростанні струму може перейти в тепловий пробій переходу.

Зміна напружень на колекторному і емітерний переходах супроводжується зміною товщини цих переходів. В результаті змінюється товщина бази. Таке явище називають модуляцією товщини бази. Його особливо треба враховувати при підвищенні напруги колектор - база, так як тоді товщина колекторного переходу зростає, а товщина бази зменшується. При дуже тонкій базі може статися ефект змикання ( «прокол» бази) - з'єднання колекторного переходу з емітерним. В цьому випадку область бази зникає і транзистор перестає нормально працювати.

При збільшенні інжекції носіїв з емітера в базу відбувається накопичення неосновних носіїв заряду в базі. т. е. збільшення концентрації і сумарного заряду цих носіїв. Навпаки, при зменшенні інжекції відбувається зменшення концентрації і сумарного заряду неосновних носіїв в ній. Цей процес називають розсмоктуванням носіїв заряду в базі.

У ряді випадків необхідно враховувати протікання по поверхні транзистора струмів витоку, що супроводжується рекомбінацією носіїв в поверхневому шарі областей транзистора.

Встановимо співвідношення між струмами в транзисторі. Струм емітера управляється напругою на емітерний перехід, але до колектора доходить трохи менший струм, який можна назвати керованим колекторним струмом так як частина інжектованих з емітера в базу носіїв рекомбінує. Тому

(4.5)

де - коефіцієнт передачі струму емітера, що є основним параметром транзистора: він може мати значення від 0,950 до 0,998.

Чим слабкіше рекомбінація інжектованих носіїв у базі, тим ближче до 1. Через колекторний перехід, завжди проходить ще дуже невеликий (не більше одиниць мікроампер) некерований зворотний струм (Рис. 4-4), званий початковим струмом колектора. Він некерований тому, що не проходить через емітерний перехід. Таким чином, повний колекторний струм

(4.6)

В багатьох випадках , І можна вважати, що . Якщо треба виміряти то це роблять при обірваному дроті емітера. Дійсно, з формули (4.6) випливає, що при струм .

Перетворимо вираз (4.6) так, щоб висловити залежність струму від струму бази замінимо , сумою :

Мал. 3-4. Токи в транзисторі


вирішимо рівняння щодо .тоді отримаємо

позначимо

і

і напишемо остаточний вираз

(4.7)

тут є коефіцієнтом передачі струму бази і становить десятки одиниць. Наприклад, якщо = 0,95, то

а якщо коефіцієнт = 0,99, т. Е. Збільшився на 0,04, то

т. е. збільшується в 5 з гаком разів!

Таким чином, незначні зміни призводять до великих змін . коефіцієнт так само як і , Відноситься до важливих параметрах транзистора. якщо відомий то можна завжди визначити за формулою

(4.8)

Струм називають початковим наскрізним струмом, так як він протікає крізь весь транзистор (через три його області і через обидва np-переходу) в тому випадку, якщо , Т. Е. Обірваний провід бази. Дійсно, з рівняння (4.7) при отримуємо . Цей струм складає десятки або сотні мікроампер і значно перевершує початковий струм колектора .Струм , І, знаючи, що , Неважко знайти . А так як , то

(4.9)

значний струм пояснюється тим, що деяка невелика частина напруги прикладена до емітерного переходу в якості прямої напруги. Внаслідок цього зростає струм емітера, а він в даному випадку і є наскрізним струмом.

При значному підвищенні напруги , струм різко зростає і відбувається електричний пробій. Слід зазначити, що якщо , Не дуже мало, при обриві ланцюга бази іноді в транзисторі може спостерігатися швидке, лавиноподібне збільшення струму, що приводить до перегріву і виходу транзистора з ладу (якщо в ланцюзі колектора немає резистора, що обмежує зростання струму). В цьому випадку відбувається наступний процес: частина напруги , Що діє на емітерний перехід, збільшує струм , І рівний йому ток , На колекторний перехід надходить більше носіїв, його опір і напруга на ньому зменшуються і за рахунок цього зростає напруга на емітерний перехід, що призводить до ще більшого збільшення струму, і т. Д. Щоб цього не сталося, при експлуатації транзисторів забороняється розривати ланцюг бази , якщо не виключене харчування ланцюга колектора. Треба також спочатку включити харчування ланцюга бази, а потім ланцюга колектора, але не навпаки.

Якщо треба виміряти струм , То в ланцюг колектора обов'язково включають обмежувальний резистор і проводять вимірювання при розриві дроту бази.

16



5. Статичні характеристики біполярного транзистора.

Схема із загальною базою

У транзисторах в якості однієї з незалежних змінних зазвичай вибирають струм емітера, легше піддається регулюванню, ніж напруга. З характеристик найбільшого поширення набули вхідні і вихідні характеристики транзистора.

Вхідні характеристики. Вхідні характеристики транзисторів в схемі із загальною базою при визначаються залежністю (5.1):

(5.1)

При великому зворотній напрузі колектора ( ) Ток мало залежить від колекторного напруги. На рис. 5-1, а показані реальні вхідні характеристики германієвого транзистора. Вони відповідають теоретичної залежності (5.1), підтверджується і висновок про слабкий вплив колекторного напруги на струм емітера.

рис 5-1

Початкова область вхідних характеристик, побудована відповідно до теоретичної залежністю (5.1), показана на рис. 5-1, а великим масштабом (в окружності). Відзначено струми I 11 і I 12, а також емітерний струм закритого транзистора

(5.2)

протікає в його ланцюга при зворотних напругах емітера і колектора. Як випливає зі співвідношення (5.1), струм емітера дорівнює нулю при напрузі емітера

(5.3)

Таке ж напруга встановлюється на емітер, якщо він ізольований від інших електродів.

Реальні характеристики транзистора в початковій області дещо відрізняються від теоретичних. Зворотний струм емітера при короткозамкненим колекторі, що позначається , відрізняється від струму екстракції I 11 наявністю ще двох складових: термотока і струму поверхневої провідності :

(5.4)

Зворотний струм емітера при зворотній напрузі колектора

(5.5)

Вхідні характеристики кремнієвого транзистора показані на pіc. 5-1, б. Вони зміщені від нуля в бік прямих напруг; як і у кремнієвого діода, зсув дорівнює 0,6-0,7 В. По відношенню до вхідних характеристиках германієвого транзистора зміщення становить 0,4 В.

Вихідні характеристики.

Теоретичні вихідні характеристики транзистора в схемі із загальною базою при I Е = const визначаються залежністю (5.6):

(5.6)

Вони представлені на рис. 5-2, а. Вправо по горизонтальній осі прийнято відкладати робоче, т. Е. Зворотне, напруга колектора (негативне для транзисторів типу р- n і позитивне для транзисторів типу n -р- n). Значення протікає при цьому струму колектора відкладають по вертикальній осі вгору. Такий вибір осей координат вигідний тим, що область характеристик, відповідна робочим режимам, розташовується при цьому в першому квадраті, що зручно для розрахунків.

Якщо струм емітера дорівнює нулю, то залежність являє собою характеристику електронно-діркового переходу: в ланцюзі колектора протікає невеличкий власний зворотний струм I Ко або з урахуванням рівності (5.7) струм I КБО. При U ЕБ = 0 власний зворотний струм колектора


(5.7)

При прямій напрузі колектора ток змінює напрямок і різко зростає - відкривається колекторний перехід (в цілях наочності на рис. 5-2 для позитивних напруг узятий більший масштаб).

рис 5-2

Якщо ж в ланцюзі емітера створений деякий струм I е, то вже при нульовій напрузі колектора в його ланцюга відповідно до вираження (5.6) протікає струм I к = I обумовлений інжекцією дірок з емітера. Оскільки цей струм викликається градієнтом концентрації дірок в базі, для його підтримки колекторного напруги не потрібно.

П ри подачі на колектор зворотної напруги струм його дещо зростає за рахунок появи власного струму колекторного переходу I КБ0 і деякого збільшення коефіцієнта перенесення v, викликаного зменшенням товщини бази.

При подачі на колектор прямого напруги з'являється прямий струм колекторного переходу. Так як він тече назустріч току інжекції I е, то результуючий струм в ланцюзі колектора з ростом прямої напруги до величини U K 0 швидко зменшується до нуля, потім при подальшому Рис 5-3 підвищенні прямої напруги колектора набуває зворотний напрямок і починає швидко зростати.

Якщо збільшити струм емітера до значення , То характеристика зміститься пропорційно вгору на величину і т.д.

На рис. 5-2, б представлені реальні вихідні характеристики транзистора МП14; вони мають такий же вигляд, як і теоретичні, з урахуванням поправок на термоток переходу і ток його поверхневої провідності.

Коефіцієнт передачі струму емітера. Як показує досвід, коефіцієнт передачі струму а залежить від величини струму емітера (рис. 5-3).

З ростом струму емітера збільшується напруженість внутрішнього поля бази, рух дірок на колектор стає більш спрямованим, в результаті зменшуються рекомбінаційні втрати на поверхні бази, зростає коефіцієнт перенесення , А отже, і . При подальшому збільшенні струму емітера знижується коефіцієнт інжекції і ростуть потерн на об'ємну рекомбінацію, тому коефіцієнт передачі струму починає зменшуватися.

В цілому залежність коефіцієнта передачі струму від струму емітера в малопотужних транзисторах незначна, в чому можна переконатися, звернувши увагу на масштаб по вертикальній осі рис. 5-3.

У транзисторах, що працюють при високій щільності струму, спостерігається значне падіння напруги вздовж бази, обумовлене струмом бази; в результаті напруга в точках емітерного переходу, віддалених від виведення бази, виявляється помітно меншим, ніж в сусідніх. Тому емітерний струм концентрується по периметру емітера ближче до висновку бази, ефективна площа емітера виходить менше, ніж при рівномірній інжекції, і коефіцієнт швидко падає з ростом струму емітера. Для ослаблення зазначеного явища застосовують електроди, що мають високе відношення довжини периметра до площі: кільцеві і борін.

Схема із загальним емітером

Раніше були розглянуті статичні характеристики транзистора, включеного за схемою із загальною базою, коли загальна точка вхідний і вихідний ланцюгів знаходиться на базовому електроді. Іншою поширеною схемою включення транзистора є схема із загальним емітером, в якій загальна точка вхідний і вихідний ланцюгів з'єднана (рис. 5-4).

Вхідною напругою в схемі з загальним емітером є напруга бази вимірюється щодо емітерного електрода. Для того щоб емітерний перехід був відкритий, напруга бази повинно бути негативним (розглядається транзистор типу р- n - р).

В иходним напругою в схемі з загальним емітером є напруга колектора вимірюється щодо емітерного електрода. Для того щоб колекторний перехід був закритий, напруга колектора має бути великим за величиною, ніж пряме напруга бази.

Відзначимо, що в схемі з загальним емітером в робочому режимі, коли транзистор відкритий, полярність джерел живлення бази і колектора однакова.

Вхідні характеристики. Вхідні характеристики транзистора в схемі із загальним

Мал. 5-4 емітером представляють собою залежність струму бази від напруги бази: при ;

Залежність струму бази від напруги емітера і колектора знайдемо з рівнянь (5.8) і (5.9).

(5.8)

(5.9)

Віднявши друге рівняння з першого, ввівши позначення

(5.10)

(5.11)

і використавши співвідношення і , Остаточно отримаємо

(5.12)

При великому зворотній напрузі колектора, коли , Струм бази

(5.13)

Якщо при цьому напруга бази також зворотне ( то струм бази ідеального транзистора

(5.14)

У реальному транзисторі додаються струми витоку і термотока переходів, тому зворотний струм бази закритого транзистора

(5.15)

Вхідні характеристики транзистора показані на рис. 5-5. При зворотній напрузі бази і колектора, т. Е. В закритому транзисторі, відповідно до виразу (5.15), струм бази є в основному власним струмом колекторного переходу . Тому при зменшенні зворотної напруги бази до нуля струм бази зберігає свою величину: .

При подачі прямої напруги на базу відкривається емітерний перехід і в ланцюзі бази з'являється рекомбінаційна складова струму . Струм бази в цьому режимі відповідно до вираження ; при збільшенні прямої напруги він зменшується спочатку до нуля, а потім змінює напрямок і зростає майже експоненціально згідно співвідношенню (5.12).

Рис 5-5 Рис 5-6

Коли на колектор подано велику зворотна напруга, воно має незначний вплив на вхідні характеристики транзистора. Як видно з рис. 5-5, при збільшенні зворотної напруги колектора вхідна характеристика лише злегка зміщується вниз, що пояснюється збільшенням струму поверхневої провідності колекторного переходу і термотока.

При напрузі колектора, що дорівнює нулю, струм у вхідному ланцюзі значно зростає в порівнянні з робочим режимом , Тому що прямий струм бази в даному випадку проходить через два паралельно включених перехода- колекторний і емітерний.В цілому рівняння (5.12) досить точно описує вхідні характеристики транзистора в схемі із загальним емітером, але для кремнієвих транзисторів краще збіг виходить, якщо замість і брати .

Коефіцієнт передачі струму бази. Знайдемо залежність струму колектора від струму бази за допомогою виразів:

,

або (5.16)

величина (5.17)

називається коефіцієнтом передачі струму бази. Оскільки коефіцієнт передачі струму емітера близький до одиниці, значення зазвичай лежить в межах від 10 до 1000 і більше.

Коефіцієнт передачі струму бази істотно залежить і від струму емітера (рис. 5-6). З ростом струму емітера коефіцієнт передачі струму бази спочатку підвищується внаслідок збільшення напруженості внутрішнього поля бази, прискорює перенесення дірок через базу до колектора і цим зменшує рекомбінаційні втрати на поверхні бази.

При значній величині струму емітера коефіцієнт передачі струму бази починає падати за рахунок зниження коефіцієнта інжекції, зменшення ефективної площі емітера і збільшення рекомбінаційних втрат в обсязі бази.

Перераховані чинники обумовлюють, як вказувалося, невелику залежність коефіцієнта передачі струму емітера а від струму емітера I е (див. Рис. 5-3). Але коефіцієнт передачі струму бази при зміні струму емітера може змінюватися в кілька разів, оскільки в вираженні (5.17) в знаменнику стоїть різниця близьких величин .

Ввівши позначення для коефіцієнта передачі струму бази в вираз (5.16), отримаємо основне рівняння, що визначає зв'язок між струмами колектора і бази в схемі з загальним емітером:

(5.18)

Залежність струму колектора від напруги бази і колектора можна знайти з виразу (5.48), замінивши в ньому U ЕБ на - U БЕ і U КБ

(5.19)

Рівняння (5.18) і (5.19) є основними для транзистора, включеного за схемою з загальним емітером.

Вихідні характеристики. Вихідні характеристики транзистора в схемі із загальним емітером при визначаються співвідношенням (5.18) і зображені на рис. 5-7. Мінімально можлива величина колекторного струму виходить в тому випадку, коли закриті обидва переходу - і колектора бази в цьому випадку відповідно до виразу (5.14)

(5.20)

де - струм емітера закритого транзистора.

Мал. 5-7

Струм колектора закритого транзистора відповідно до виразами (5.18) і (5.20)

(5.21)

Зважаючи на малість струму ця характеристика на ріс.4,19, хоч я знаю, вона збігається з віссю напруг.

При струмі бази, що дорівнює нулю, що має місце при невеликому прямому напрузі бази, коли рекомбінаційна складова струму бази дорівнює зворотному струму колекторного переходу . колекторний струм у відповідності з виразом (5.18)

(5.22)

З ростом колекторного напруги помітно збільшення цього струму внаслідок збільшення коефіцієнта передачі струму бази .

При струмі бази вихідна характеристика транзистора зміщується вгору на величину . Відповідно вище йдуть характеристики при великих токах бази , і т. д. З огляду на залежності коефіцієнта передачі струму бази від струму емітера відстань по вертикалі між характеристиками не залишається постійним: спочатку воно зростає, а потім зменшується.

При зниженні колекторного напруги до величини, яка менша напруги бази, відкривається колекторний перехід, що мало б спричинити за собою збільшення струму бази, але за умовою він повинен бути постійним. Для підтримки струму бази на заданому рівні доводиться знижувати напругу бази, що супроводжується зменшенням струмів емітера і колектора, тому вихідні характеристики при мають різкий спад. Транзистор переходить в режим насичення, при якому неосновні носії заряду инжектируются в базу не тільки емітерним, але і колекторним переходом Ефективність управління колекторним струмом при цьому істотно знижується, коефіцієнт передачі струму бази різко зменшується.

Як показано на рис. 5-7 великим масштабом в окружності, вихідна характеристика при наявності струму бази не проходить через початок координат: при на колекторі існує зворотна напруга порядку декількох десятих вольта. Величину цієї напруги неважко знайти із співвідношення (5.19), позначивши при :

Звідси

(5.23)

де - напруга колектора в схемі ПРО, при якому , а напруга, що діє в цей момент на базі.

З формули (5.23) випливає фізичний зміст напруги : Воно повинно мати таку величину, щоб створюваний ним ток інжекції колекторного переходу повністю компенсував надходить з колекторний перехід ток інжекції емітерного переходу оскільки, за умовою, результуючий колекторний струм .

Для розрахунку транзисторних схем іноді застосовують вихідні характеристики, зняті при постійній напрузі бази. Вони відрізняються від розглянутих характеристик, що знімаються при постійному струмі бази, більшою нерівномірністю відстаней по вертикалі між сусідніми характеристиками, зумовленої експоненційної залежністю між напругою і струмом бази.


26



6. Аналіз еквівалентних схем біполярного транзистора.

Всі параметри можна розділити на власні (або первинні) і вторинні. Власні параметри характеризують властивості самого транзистора незалежно від схеми його включення, а вторинні параметри для різних схем включення різні.

Мал. 6-1. Еквівалентні Т-подібні схеми транзистора з генератором ЕРС (а) і струму (б).

Як власних параметрів крім знайомого нам коефіцієнта посилення по току приймають деякі опору відповідно до еквівалентної схемою транзистора для змінного струму (рис. 6-1). Ця схема, яка називається Т-образної, відображає електричну структуру транзистора і враховує його підсилювальні властивості. Як в цій, так і в інших еквівалентних схемах слід мати на увазі, що на вхід включається джерело підсилюються коливань, що створює вхідна напруга з амплітудою , А на вихід - навантаження R H.Тут і надалі для змінних струмів і напруг будуть, як правило, вказані їх амплітуди. У багатьох випадках вони можуть бути замінені діючими, а іноді і миттєвими значеннями.

Основними первинними параметрами є опору , і , М. Тобто опору емітера, колектора і бази для змінного струму. опір , Являє собою опір емітерного переходу, до якого додається опір емітерний області. подібно до цього є сумою опорів колекторного переходу і колекторної області, але останнє дуже мало в порівнянні з опором переходу. А опір є поперечний опір бази.

У схемі на рис. 6-1, а посилене змінну напругу на виході виходить від деякого еквівалентного генератора, включеного в ланцюг колектора; ЕРС цього генератора пропорційна току емітера .

Еквівалентний генератор треба вважати ідеальним, а роль його внутрішнього опору виконує опір . Як відомо. ЕРС будь-якого генератора дорівнює добутку його струму короткого замикання на внутрішній опір. В даному випадку струм короткого замикання дорівнює , так як при , Т. Е. При короткому замиканні на виході. Таким чином, ЕРС генератора дорівнює .

Замість генератора ЕРС можна ввести в схему генератор струму. Тоді виходить найбільш часто застосовується еквівалентна схема (рис. 6-1, б). У ній генератор струму створює струм, рівний . Значення первинних параметрів приблизно такі. опір , Становить десятки Ом, - сотні Ом, а - сотні кіло і навіть одиниці Меган. Зазвичай до трьох опорам в якості четвертого власного параметра додають ще . Розглянута еквівалентна схема транзистора придатна тільки для низьких частот. На високих частотах необхідно враховувати ще ємності емітерного і колекторного переходів, що призводить до ускладнення схеми.

Мал. 6-2. Еквівалентна Т-подібна схема транзистора, включеного за схемою ОЕ

Еквівалентна схема з генератором струму для транзистора, включеного за схемою ОЕ. показана на рис. 6-2. У ній генератор дає струм , А опір колекторного переходу в порівнянні з попередньою схемою значно зменшилася і одно або, наближено якщо врахувати. що і . Зменшення опору колекторного переходу в схемі ОЕ пояснюється тим, що в цій схемі деяка частина напруги прикладена до емітерного переходу і підсилює в ньому инжекцию. Внаслідок цього значна кількість інжектованих носіїв приходить до колекторного, переходу і його опір знижується.

Перехід від еквівалентної схеми ПРО до схеми ОЕ можна показати наступним чином. Напруга, що створюється будь-яким генератором, дорівнює різниці між ЕРС і падінням напруги на внутрішньому опорі. Для схеми по рис. 6-1, а це буде

замінимо тут на суму . тоді отримаємо

У цьому виразі перший доданок являє собою ЕРС, а другий доданок є падіння напруги від струму на опорі , Яке є опором колекторного переходу. А струм короткого замикання, створюваний еквівалентним генератором струму, дорівнює відношенню ЕРС до внутрішнього опору, т. Е.

Розглянуті Т-образні еквівалентні схеми є наближеними, оскільки насправді емітер, база і колектор з'єднані один з одним усередині транзистора не в одній точці. Але тим не менш використання цих схем для вирішення теоретичних і практичних завдань не дає значних похибок.

29



7. Н - параметри біполярного транзистора.

В даний час основними вважаються змішані (або гібридні) параметри, що позначаються літерою h або H. Назва «змішані» дано тому, що серед них є дві відносні величини, одне опір і одна провідність. Саме h-параметри наводяться у всіх довідниках. Параметри системи h зручно вимірювати. Це дуже важливо, тому що публікуються в довідниках параметри є середніми, отриманими в результаті вимірювань параметрів декількох транзисторів даного типу. Два з h-параметрів визначаються при короткому замиканні для змінного струму на виході, т. Е. При відсутності навантаження в вихідний ланцюга. У цьому випадку на вихід транзистора подається тільки постійна напруга (u 2 = const) від джерела Е 2. Решта два параметра визначаються при розімкнутої для змінного струму вхідного ланцюга, т. Е. Коли у вхідному ланцюзі є тільки постійний струм (i 1 = const), створюваний джерелом харчування. Умови і 2 = const і i 1 = const неважко здійснити на практиці при вимірюванні h-параметрів.

У систему h-параметрів входять такі величини.

вхідний опір

при u 2 = const (7.1)

являє собою опір транзистора між вхідними затискачами для змінного вхідного струму при короткому замиканні на виході, т. е. при відсутності вихідного змінної напруги.

За такої умови зміна вхідного струму є результатом зміни тільки вхідної напруги . А якби на виході було змінну напругу, то воно за рахунок зворотного зв'язку, що існує в транзисторі, впливало б на вхідний струм. В результаті вхідний опір виходило б різним в залежності від змінної напруги на виході, яке, в свою чергу, залежить від опору навантаження R H. але параметр повинен характеризувати сам транзистор (незалежно від R H), і тому він визначається при u 2 = const, т. е. при R H = 0.

Коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі

при (7.2)

показує, яка частка вихідного змінної напруги передається на вхід транзистора внаслідок наявності в ньому внутрішнього зворотного зв'язку.

Умова в даному випадку підкреслює, що у вхідному ланцюзі немає змінного струму, т. е. цей ланцюг розімкнути для змінного струму, і, отже, зміна напруги на вході , Є результат зміни тільки вихідної напруги .

Як уже зазначалося, в транзисторі завжди є внутрішній зворотний зв'язок за рахунок того, що електроди транзистора мають електричне з'єднання між собою, і за рахунок опору бази. Цей зворотний зв'язок існує на будь-який низькій частоті, навіть при f = 0, т. Е. На постійному струмі.

Коефіцієнт посилення по струму (коефіцієнт передачі струму)

при u 2 = const (7.3)

показує посилення змінного струму транзистором в режимі роботи без навантаження.

Умова u 2 = const, т.е. R H = 0, і тут задається для того, щоб зміна вихідного струму залежало тільки від зміни вхідного струму . Саме при виконанні такої умови параметр буде дійсно характеризувати посилення струму самим транзистором. Якби вихідна напруга змінювалося, то воно впливало б на вихідний струм і по зміні цього струму вже не можна було б правильно оцінити посилення.

Вихідна провідність

при (7.4)

являє собою внутрішню провідність для змінного струму між вихідними затискачами транзистора.

Струм повинен змінюватися тільки під впливом зміни вихідної напруги і 2. Якщо при цьому струм , Що не буде постійним, то його зміни викличуть зміни струму і значення h 22 буде визначено неправильно.

Величина h 22 вимірюється в Сіменса (См). Так як провідність в практичних розрахунках застосовується значно рідше, ніж опір, то в подальшому ми часто будемо користуватися замість h 22 вихідним опором , Вираженим в Омах або кілоомах.

31



  • 9. Робота біполярного транзистора в імпульсному режимі
  • 10. Математична модель біполярного транзистора.
  • 11. Вимірювання параметрів біполярного транзистора.
  • 12. Основні параметри біполярного транзистора.
  • 13. Застосування біполярних транзисторів в електронних схемах.
  • Міністерство Освіти Республіки Молдова
  • Курсова робота з дисципліни Радіоелектроніка I
  • Перевірив
  • 2. Введення. Історична довідка.
  • 3. Технологія виготовлення біполярного транзистора КТ380.
  • 4. Аналіз процесів в біполярному транзисторі
  • 5. Статичні характеристики біполярного транзистора.
  • Коефіцієнт передачі струму емітера.
  • Схема із загальним емітером
  • Коефіцієнт передачі струму бази.
  • 6. Аналіз еквівалентних схем біполярного транзистора.