Статические характеристики биполярных транзисторов, h- параметры, схемы замещения транзисторов.
Биполярные транзисторы. Основные характеристики: входные, выходные, проходные. Электрические и экспоненциальные параметры.
Биполярные транзисторы–это п/п с двумя p – n переходами и тремя электродами.
Отличительный признак: для нормальной работы необходимы носители двух видов - электроны и дырки. Используются два встречно включенных p – n перехода. Бывают двух типов:
n2 и p2 – сильно легированные области.
В транзисторе, находящемся в активном состоянии, переход эмиттер-база, эмиттерный переход, смещен в прямом направлении, т.е. приоткрыт, а коллекторный переход закрыт.
Прямосмещенный эмиттерный p-n-переход ускоряет электроны из эмиттера в базу. Если база узкая – меньше диффузионной длины – и электрон не успевает рекомбинировать в базе, он пролетает через базу в коллектор, ускоряясь положительным напряжением последнего. Изменяя прямое напряжение эмиттер-база , мы изменяем количество электронов, впрыскиваемых в базу из эмиттера, а значит и ток коллектора.
В усилительном режиме работы транзистора, эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный - в обратном. Эмиттерный переход сильно легирован, коллектор - обеднен. Коллекторный переход должен быть равномерно легирован и в меньшей степени, чем эмиттер, с целью увеличения пробивного напряжения коллектор-база.
Iэ = Iк+Iб (Так как ток коллектора во много раз больше тока базы, то токи эмиттера и коллектора приближенно равны).
|
|
Основные электрические параметры:
Uкэmax, Uбэmax, Iкmax, Iбmax, Pkmax, fгр (частота, при которой коэффициент усиления по току равен 1), h21э, Iкб0 и Iэб0 (токи утечки, влияют на импульсные токи), Сэ, Ск.
Биполярный транзистор - (в процессе переноса заряда участвуют электроны и дырки) п/п прибор с двумя взаимодействующими p-n-переходами и тремя или более выводами, которые служат для усиления или переключения входного сигнала. По порядку чередования переходов различают - p-n-p и n-p-n. Различие у них в полярности подключения источника питания.
2.Каскад с ОЭ: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства и применение.
Схема включения транзистора с общим эмиттером.
Сдвиг по фазе между входным и выходным напряжением равняется π, т.к. при увеличении напряжения на базе ток коллектора увеличивается и напряжение на коллекторе уменьшается за счёт увеличения падения напряжения на UR коллекторе.
- уравнение Эберса-Молла
- тепловой потенциал
Известно, что ТКUбэ = -2,1mВ/°С.
R - резистор, который выполняет роль отрицательной обратной связи по току.
Uбэ = Uб – Uэ
Iэ = Iк+Iб
Включая конденсатор Сэ || R, мы шунтируем R по переменному току, т.е. делаем переменный потенциал эмиттера равным нулю, позволяет добиться от каскада более высокого коэффициента усиления.
|
|
Rвх относительно мало вследствие малого сопротивления открытого эмиттерного p – n перехода, однако больше чем RОБ вследствие действия последовательной отрицательной обратной связи (ООС) в эмиттерной цепи.
Rвых– высокое выходное сопротивление определяется высоким сопротивлением замкнутого p – n перехода.
Rэ выбирается из диапазона (0.1 – 0.3)Rк для осуществления температурной стабилизации режима работы каскада. Включение Сэ позволяет снять это ограничение на Кu на рабочих частотах, т.е. xсэ<<Rэ и xсэ<rэ0. Для переменного тока его влияние ограничено уменьшением максимальной амплитуды неискажённого выходного сигнала.
Достоинства: высокие коэффициенты по току h21 и напряжению (десятки, сотни), более высокие (по сравнению с ОБ) Rвх = h21(R+rэ0), относительно высокоеRвх.
Недостатки: высокое Rвых, инвертирование сигнал (способствует возникновению самовозбуждения и уменьшает коэффициент усиления на высоких частотах вследствие эффекта Миллера), зависимость Кu от Rн;
,
наличие эффекта Миллера, который заключается в увеличении эквивалентной емкости Скб в Кu раз. Это приводит к резкому падению усиления каскадов на высоких частотах и необходимости применения каскадов с ОБ.
|
|
Применение: предварительные, промежуточные и предвыходные каскады.
3. Каскад с ОК: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства и применение. (эмитерный повторитель).
Uб=Uэ+0,6
Коэффициент усиления по напряжению стремится к единице (но всегда меньше).
Коэффициент усиления по току:
Ku=
Rвх = (Rэ+rэо)h21
Uб = Uэ
IбRвх=Iэ(Rэ+rэо)
φ = 0;
Достоинства: отсутствие эффекта Миллера, отсутствие зависимости Кu от Rн.
Недостатки: отсутствие усиления по напряжению.
Используется во входных каскадах для согласования с высоким сопротивлением источника сигнала; в промежуточных каскадах для согласования, особенно с высоким выходным сопротивлением источников тока, в выходных каскадах для согласования с низким сопротивлением нагрузки и потому, что его коэффициент не зависит от сопротивления нагрузки.
4. Каскад сОБ: схема включения, значения параметров Rвх, Rвых, Ku, Ki, φ. Достоинства, недостатки и применение.
Рабочая точка задается делителями R1 и R2.
Uбэ = Uб - Uэ
Uк = Uп - URк
Схема с общей базой не инвертирует фазу сигнала, имеет коэффициент усиления по току h21< 1, (т к отношение тока коллектора к току эмиттера меньше единицы), коэффициент усиления по напряжению во много раз превышает единицу:
|
|
–– зависит от сопротивления источника сигнала.
Входное сопротивление мало. Оно определяется низким сопротивлением прямосмещенного эмиттерного p-n-перехода.
Выходное сопротивление высоко. Оно определяется высоким сопротивлением обратносмещенного коллекторного p-n-перехода.
С1 и С2 необходимы для разделения усилительного каскада с генератором и нагрузкой для исключения протекания через них постоянного тока. СБ необходимо для сглаживания пульсации переменного сигнала и поддержания постоянного напряжения на базе.
Схема с общей базой используется для усиления высокой частоты на СВЧ и УВЧ (т.к. в ней отсутствует эффект Миллера) и в составе каскодных схем (в том числе и в дифференциальном каскаде).
Каскод - два или более усилительных элемента с гальванической связью, выполняющих роль одного усилительного каскада. Каскад – независимая усилительная ячейка, которую можно выделить из схемы и обозначить ее свойства.
Недостаток: низкое входное и высокое выходное сопротивление, отсутствие усиления по току. Достоинства: не инвертируемая фаза.
Статические характеристики биполярных транзисторов, h- параметры, схемы замещения транзисторов.
Параметры транзисторов являются величинами, характеризующими их свойства.
Все параметры можно разделить на собственные (первичные) и вторичные.
Собственные параметры характеризуют свойства самого транзистора независимо от схемы его включения. К ним относятся: rэ – сопротивление эмиттера, rк – сопротивление коллектора, rб – сопротивление базы. Значения сопротивлений рассматриваются по отношению к переменной составляющей.
С учетом этих параметров транзистор, включенный по схеме с ОЭ, может быть представлен эквивалентной схемой.
Схема замещения:
Генератор тока отражает усилительные свойства схемы, а уменьшение коллекторного сопротивления на 1-α – тот факт, что к эмиттерному переходу прикладывается часть напряжения Uкэ.
Статическими характеристиками транзисторов называют графики, выражающие функциональную зависимость между токами и напряжениями транзистора.
Статическими характеристиками являются статический коэффициент передачи тока эмиттера α и статический коэффициент передачи тока базы β.
С точки зрения системы вторичных параметров транзистор рассматривают как некоторый четырехполюсник со следующей схемой замещения.
Эквивалентная схема с h-параметрами:
1) Входное сопротивление при коротко замкнутом выходе при , к.з. на выходе по переменному току, .
2)Коэффициент обратной связи по напряжению при х.х. на входе, . Этот коэффициент показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на вход транзистора вследствие отрицательной обратной связи в нем.
3) Усиление тока при к.з. на выходе по переменному току , при , .
Показывает коэффициент усиления переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.
4) Выходная проводимость при х.х. на входе , при , – часто используют выходное сопротивление.
Представляет собой внутреннюю проводимость для переменного тока между выходными зажимами транзистора.
Дата добавления: 2018-02-18; просмотров: 586; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!