Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора.
 |
На рис. 3.5 показана схема замещения биполярного транзистора. На этой схеме функции I1=f1(Uэб), I2=f2(Uкб) описывают нелинейные характеристики эмиттерного и коллекторного переходов. Генератор тока αNI1 характеризует собранный коллектором, при нормальном включении транзистора (Uэб > 0, Uкб < 0), инжекционный ток эмиттера, при нормальном включении транзистора (Uэб > 0, Uкб < 0). Генератор αII2 характеризует собранный эмиттером, при инверсном включении транзистора (Uэб < 0, Uкб > 0), инжекционный ток коллектора.
Рис. 3.5. Схема замещения биполярного транзистора pnp типа
Для представленной на рис. 3.5 схемы можно записать:
(3.7)
где 
(3.8)
Подставив (4.8) в (4.7) получим выражения для входной JЭ(UЭБ,UКБ) и выходной JК(UЭБ,UКБ) вольтамперных характеристик транзистора в схеме ОБ:
(3.9)
Графики вольтамперных характеристик биполярного транзистора для схемы с общей базой приведены на рис. 55. Можно выделить три основных области, соответствующих различным режимам работы транзистора. Построим распределение неосновных носителей для характерных точек, расположенных в каждой из этих областей (рис. 55).
 |
Рис. 3.6. Статические вольтамперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой.
При построении распределения, учтем, что ширина базы мала (W<<Lp) и экспоненциальное распределение инжектированных носителей можно заменить линейным. Таким образом для построения распределения носителей заряда необходимо определить соответствующие смещениям на переходах граничные значения концентраций носителей и затем соединить их прямой линией. Граничные значения концентраций будут равны (см. п. ):
|
|
|
(3.10)
Для плотности токов через эмиттерный и коллекторный переходы и напряжения на них будут справедливы следующие соотношения:
(3.11)
Активная область (т. А на рис. 3.6), соответствует усилительному режиму. Для нее выполняются условия Uэб > 0, Uкб < 0, следовательно в соответствии с (4_10) pn(0) > pn0, pn(W)<pn0. Поскольку, как правило |UКБ| >> |UT|, то pn(W) ≈ 0. Соответствующее распределение носителей заряда для т. A показано на рис. 3.7. Увеличение тока эмиттера будет сопровождаться возрастанием UЭБ и в соответствии с (3.10) ростом pn(0) и в соответствии с (3.11) ростом градиента концентрации. Уменьшение тока эмиттера (напряжения на эмиттерном переходе) будет сопровождаться уменьшением pn(0) и уменьшением ростом градиента.
Режим насыщения (т. B и т. C на рис. 3.6), соответствует режиму при котором ток коллектора ограничен и не обеспечивает отвод всех подходящих к коллектору инжектированных носителей заряда, границы режима насыщения определяются условиями UЭБ > 0 и UКБ ≤ 0, следовательно в соответствии с (3.10) pn(0) > pn0, pn(W) ≥ pn0. В т. B UЭБ > 0 и UКБ = 0, соответственно pn(0) > pn0 и pn(W) = 0. В т. C увеличение эмиттерного тока (и соответственно UЭБ)не сопровождается увеличением коллекторного тока, однако приводит к увеличению концентрации носителей заряда около коллектора , т.е. согласно (3.11) напряжение на коллекторном переходе становится больше 0. Таким образом в т. C UЭБ > 0 и UКБ > 0, соответственно pn(0) > pn0 и pn(W) > pn0. Поскольку в т. С ток такой же как в т. B градиент концентрации остался прежним.
|
|
|
 |
Рис. 3.7. Распределение носителей в базе транзистора при различных режимах (положение рабочих точек см. рис. 55)
Режим отсечки (т.D на рис. 3.7), соответствует режиму при котором соответствующий сигналу инжекционный ток эмиттера отсутствует соответственно на коллектор не поступают инжектированные носители и транзистор находится в запертом состоянии. Границы режима отсечки определяются условиями UЭБ ≤ 0 и UКБ < 0, следовательно в соответствии с (4_10) pn(0) ≤ pn0, pn(W) ≈ 0. В т. D UЭБ < 0 и UКБ < 0 (|UКБ| >> |UT|), соответственно pn(0) < pn0 и pn(W) = 0. Как видно из соответствующего т.D рис. 3.6 вблизи эмиттера градиент концентрации изменил направление, т.е. через эмиттерный переход начал протекать обратный ток. Если ток через эмиттерный переход будет равне нулю, то соответственно будет равен нуля и эмиттерный ток. В режиме отсечки неосновные носители в транзисторе возникают только в результате генерационных процессов в объеме материала.
|
|
|
Рассмотренные процессы инжекции и собирания носителей коллектором не зависят от схемы включения, соответственно и рассмотренные режимы - активный, насыщения и отсечки могут иметь место и в каскадах с общим эмиттером и общим коллектором, однако, поскольку при изменении общего электрода изменяются входные и выходные токи и напряжения, то соответственно и передаточные характеристики различных каскадов будут отличаться, так же как будут отличаться и вольтамперные характеристики транзистора в различных схемах включения.
Наибольшее распространение в полупроводниковых схемах нашло включение биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером. Вольтамперные характеристики для транзистора в схеме ОЭ возиожно, получить перестроением характеристик для схемы ОБ с учетом соотношений между токами и напряжениями в схемах ОБ и ОЭ (см. рис. 3.8).
|
|
|
 |
Рис. 3.8. Обозначение токов через электроды транзистора и разности потенциалов между электродами для схемы ОЭ
В схеме с общим эмиттером входным напряжением будет UБЭ, выходным UКЭ , при этом UБЭ = -UЭБ, т.е. если подать один и тот же сигнал на каскад ОЭ и ОБ, то на выходе этих каскадов он будет в противофазе. Как видно из рис. 57 напряжение на выходе транзистора UКЭ = UБЭ + UКБ, т.е. оно складывается из выходного напряжения в ОБ и перевернутого по фазе входного напряжения в ОБ. Выходной ток в ОЭ так же как и в ОБ равен Iк. В ОЭ входной базовый ток равен Iб = Iэ - Iк = Iэ(1-α), т.е. он в (β+1) раз меньше, чем в схеме ОБ, соответственно входное сопротивление в транзистора в ОЭ должно быть больше чем в ОБ.
Рис. 3.9.[ДОМ1] Статические вольтамперные характеристики в схеме с общим эмиттером
Вольтамперные характеристики для схемы ОЭ показаны на рис. 58 на графиках обозначены точки соответствующие точкам на вольтамперных характеристиках для схемы ОБ (рис 3.6) . Следует обратить внимание, что для режима насыщения характеристики не заходят в третий квадрант, т.е. напряжение Uк. не изменяет знак. Действительно в ОЭ: Uкэ. = Uкб - Uэб < 0, так как в режиме насыщения Uкб > 0, Uэб > 0 и Uэб > Uкб. К отличиям от ОЭ следует так же так же отнести то, что тепловой ток I*к0, измеренный при Iб = 0, в (β+1) раз больше, чем ток Iк0, измеренный при Iэ = 0. В ОЭ менше выходное сопротивление транзистора по сравнению со схемой ОЭ (меньше наклон выходных ВАХ).
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 286; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!