Режимы работы биполярного транзистора
Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).
Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками UЭБ иUКБ. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнется проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ.нас) и коллектора (IК.нас).
Для усиления сигналов применяется активный режим работы транзистора.
При работе транзистора в активном режиме его эмиттерный переход включается в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях.
Под действием прямого напряжения UЭБ происходит инжекция дырок из эмиттера в базу. Попав в базу n-типа, дырки становятся в ней неосновными носителями заряда и под действием сил диффузии движутся (диффундируют) к коллекторному р-n-переходу. Часть дырок в базе заполняется (рекомбинирует) имеющимися в ней свободными электронами. Однако ширина базы небольшая — от нескольких единиц до 10 мкм. Поэтому основная часть дырок достигает коллекторного р-n-перехода и его электрическим полем перебрасывается в коллектор. Очевидно, что ток коллектора IКpне может быть больше тока эмиттера, так как часть дырок рекомбинирует в базе. Поэтому IKp= h21Б Iэ
Величина h21Б называется статическим коэффициентом передачи тока эмиттера. Для современных транзисторов h21Б = 0,90...0,998. Так как коллекторный переход включен в обратном направлении (часто говорят — смещен в обратном направлении), через него протекает также обратный ток IКБО, образованный неосновными носителями базы (дырками) и коллектора (электронами). Поэтому полный ток коллектора транзистора, включенного по схеме с общей базой
|
|
|
Iк=h21БIэ+ IКБО
Дырки, не дошедшие до коллекторного перехода и прорекомбинировавшие (заполнившиеся) в базе, сообщают ей положительный заряд. Для восстановления электрической нейтральности базы в нее из внешней цепи поступает такое же количество электронов. Движение электронов из внешней цепи в базу создает в ней рекомбинационный ток IБ.рек. Помимо рекомбинационного через базу протекает обратный ток коллектора в противоположном направлении и полный ток базы
IБ = IБ.рек — IКБО
В активном режиме ток базы в десятки и сотни раз меньше тока коллектора и тока эмиттера.
|
|
|
Три схемы включение транзистора
Рис. 10 Схемы включения биполярного транзистора
Эквивалентная схема
Статические характеристики транзистора по схеме ОЭ
На рис. 1.10 изображена схема установки для измерения статических характеристик транзистора, включённого по схеме с общим эмиттером.
Рис. 1.10. Схема измерений статических параметров транзистора с ОЭ
Входная характеристика для схемы включения с общим эмиттером (рис. 1.11, а)
IБ = f (UБЭ) при UБК = const.
Выходная характеристика для схемы включения с общим эмиттером (рис. 1.11, б)
IК = f (UКЭ) при IБ = const.
Рис. 1.11. Статические характеристики транзистора с ОЭ: а – входные; б – выходные
В работе исследуется схема (рис. 14), которую следует дополнить включением индикаторных головок миллиамперметров в соответствующие точки схемы.
Рис. 12 Схема включения биполярного транзистора в схеме с ОЭ
|
|
|
Входные характеристики транзисторов в схеме с ОЭ (рис.15), в отличие от схемы с ОБ, пересекают ось абсцисс и частично идут ниже оси. При Uбэ<0 и Uкэ>0 оба перехода смещены в обратном направлении (режим отсечки), ток базы равен Iко, ток эмиттера │Iд│<< Iко. С ростом Uкэ входные характеристики сдвигаются вправо. В работе исследуются характеристики, лежащие в 1-м квадранте.
а) б)
Рис. 13 Статические характеристики биполярного транзистора: а- входная; б- выходная
Выходные характеристики в схеме с ОЭ (рис.15) не пересекают ось ординат и расположены в 1-м квадранте. Это связано с тем, что напряжение
Uкэ = Uкб+ Uбэ, (7)
т.е. при одном и том же токе Iк характеристики схемы с ОЭ расположены правее, чем в схеме с ОБ, на величину Uбэ. Круто нарастающие участки выходных характеристик, так же как и в схеме с ОБ, соответствуют режиму насыщения, пологие участки - нормальному активному режиму, в котором транзистор используется в усилителях. Ток коллектора в схеме с ОЭ связан с током базы соотношением:
Iк=βIб+Iко*+Uкэ/rк *, (8)
|
|
|
где коэффициент передачи тока базы
β=α/(α-1)=dIк/dIб│Uкэ=const, (9)
а ток коллектора при разорванной цепи базы:
Iко*= Iко / (α-1)= Iко(1+β) (10)
При этом дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с ОЭ определяется, как
rк*=rк(1-α)=rк/(1+β)=dUкэ/dIк│Iб=const. (11)
Рис 14.
Н-параметры транзистора
Исследуемый в работе транзистор можно представить в виде линейного четырехполюсника, который описывается системой линейных уравнений. В этом случае целесообразно использовать простейшую схему замещения биполярного транзистора, приведенную на рис. 14. Этой схеме замещения соответствуют уравнения, которые называются уравнениями транзистора в h – параметрах:
(12)
Физический смысл параметров, приведенных в системе уравнений (12), можно легко установить, если воспользоваться режимами холостого хода на входе схемы и короткого замыкания на ее выходе.
Рис. 14 Схема замещения биполярного транзистора в Н – параметрах
Таким образом, коэффициенты системы (12) являются: h11– входное сопротивление; h12– коэффициент передачи входного тока; h21– коэффициент обратной связи по напряжению; h22– выходная проводимость.
В зависимости от схемы включения транзистора их можно более конкретизировать. Для транзистора с ОБ уравнение (9) будет иметь вид:
Uэб = Jэh11б+ h12б Uкб ; Jк = Jэ h21б+ h22б Uкб (13)
где h11б=dUэб/dJэ│Uкб=const; h12б=dJк/dJэ│Uкб=const=α; h21б=dUэб/dUкб│Jэ=const;
h22б=dJк/dUкб│Jэ=const, а так как Jк<Jэ, то α<1.
В схеме с ОЭ основным усилительным параметром является коэффициент передачи тока базы h21э=β=dJк/dJб│Uкэ=const, который связан с аналогичным параметром для схемы с ОБ соотношением (9). Все эти параметры можно найти графически, располагая вольтамперными характеристиками. В данной работе вначале определяются h-параметры для транзистора в схеме с ОЭ.
Для этого необходимо построить экспериментально снятые вольтамперные характеристики для этой схемы и задать положение рабочей точки (рис. 15а). По входной характеристике определяется параметр h11 , при этом считаем, что рабочая точка «А» соответствует базовому току Iбо, который определяет статический режим входной цепи транзистора. Если провести в этой точке касательную к характеристике, то можно определить угловой коэффициент ее наклона: h11э=∆Uкэ/∆Jб│Uкэ=const. Примем Uкэ =0, Iко=20 мкА, тогда параметры h21э и h22э определяются по семейству выходных характеристик (рис. 15б). Параметр h21э определяется при постоянном напряжении коллектора: h21э=∆Jк/Jб│Uкэ=const. Если же принять, что Uкэ=5В, то приращение тока базы вблизи выбранного значения тока Iбо будет определяться как, ∆J=Jб2-Jб1; ∆Jк=Jк2-Jк1. Параметр h22э определяется по наклону выходной характеристики h22э=∆Jк/∆Uкэ│Jк=const где ∆Uкэ= Uк1 - Uк2. Принимаем Jб= Jбо,, Jбо=20мкА. Определение h21э=∆Uбэ/∆Uкэ│Jб=const (при Jб=Jбо=20мкА) по входной характеристике графически затруднено, так как входные характеристики при различных Uкэ практически сливаются в одну.
а) б)
Рис. 15 Статические характеристики биполярного транзистора в схеме с ОЭ: а- входная; б- выходная
По аналогичной методике, используя семейство вольтамперных характеристик для транзистора с ОБ, определяются параметры в схеме с ОБ.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 1005; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!