ВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА. Характеристики биполярного транзистораВХОДНЫЕ И ВЫХОДНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРАБиполярный транзистор (БПТ) – это трехэлектродный полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами, применяющийся для усиления и генерации электрических сигналов, имеющий три и более выводов. Биполярные транзисторы строятся на основе структур p-n-p или n-p-n. Процессы в данных структурах проходят одинаково.
Рис. 7. Структура(а) и обозначение БПТ(б) Центральная область структуры называется базой, две другие области являющиеся источниками зарядов и приемниками называются эмиттер и коллектор соответственно. В основном рабочем режиме, который носит название – Активный, эмиттерный переход смещен в прямом направлении, что означает что к переходу эмиттер база прикладывается прямое напряжение, а переход коллектор-база смещен в обратном. Основной схемой включения БПТ считают схему. Где общим электродом для входной и выходной цепи является электрод эмиттера. Для анализа усилительных свойств транзистора применяются семейства входных и выходных характеристик. Для схемы с общим эмиттером (ОЭ) входными будут являться зависимости
Рис. 8. Входные (а) и выходные характеристики (б) БПТ Наклон характеристик в активном режиме обусловлен модуляцией ширины базы коллекторным напряжением. С ростом обратного напряжения на коллекторе увеличивается ширина ОПЗ коллекторного перехода и уменьшается ширина базы, вследствие чего рекомбинация дырок в базе становится меньше и коллекторный ток возрастает. В схеме с общим эмиттером помимо большого усиления по напряжению происходит значительное усиление по току и, как следствие, по мощности. К параметрам транзистора отвечающим за усиление электрического сигнала относят статический коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером
Похожие статьи:poznayka.org Лекция 4 Характеристики и параметры биполярного транзистора1.3. Характеристики и параметры биполярного транзистора в схеме ОЭ Биполярный транзистор описывается в первую очередь семейством входных и выходных характеристик. Эти характеристики называют статическими, поскольку их снимают при отсутствии в цепях транзистора резисторов и относительно медленных изменениях токов и напряжений. Входными называют семейство вольт-амперных характеристик входной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений напряжения выходной цепи. Выходными называют семейство вольт-амперных характеристик выходной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений входного тока. Как видно из рис.1.7, каждой схеме включения соответствует определенное сочетание входных и выходных токов и напряжений. Поэтому вид и входных и выходных характеристик транзистора будет определяться схемой его включения. Типичные входная и выходная статические характеристики транзистора типа n-p-n для схемы включения ОЭ представлены на рис.1.8 и 1.9. Характеристики транзистора типа p-n-p аналогичны, но значения напряжений U и U - отрицательные. Входная характеристика транзистора в схеме ОЭ – это семейство зависимостей IБ (U), построенных при постоянных значениях напряжения U. Однако, как видно из рис.1.8, приводятся две зависимости: одна для U = 0, а другая для значения напряжения U, соответствующего центру рабочего интервала значений данного параметра. Это связано с тем, что вольт-амперные характеристики входной цепи для рабочего интервала значений U практически не отличаются друг от друга. В данном случае зависимость IБ (U) по существу является вольт-амперной характеристикой эмиттерного p-n перехода, поскольку коллекторный переход находится в закрытом состоянии. При U= 0, кроме эмиттерного, открытым будет и коллекторный переход, зависимость IБ (U) представляет собой вольт-амперную характеристику уже двух переходов, включенных параллельно (токи эмиттера и коллектора суммируются в базе).
Рис.1.8. Входная характеристика Рис.1.9. Выходная характеристика биполярного транзистора биполярного транзистораВыходная характеристика транзистора в схеме ОЭ, как видно из рис.1.9, - это семейство зависимостей I(U), построенных для ряда значений тока IБ. Каждая вольт-амперная характеристика имеет три участка: начальный, на котором происходит резкое увеличение коллекторного тока при подъеме напряжения U; рабочий участок, где коллекторный ток незначительно увеличивается при увеличении напряжения U, при этом зависимость I (U) – линейная; участок пробоя коллекторного перехода. Резкое увеличение коллекторного тока в начале вольт-амперной характеристики соответствует закрытию коллекторного перехода, когда по абсолютному значению напряжение U становится больше напряжения U и обеспечивается перенос рабочих носителей заряда из базового слоя в коллекторный. При этом увеличение тока базы (при увеличении напряжения база-эмиттер) обусловлено увеличением поступления рабочих носителей заряда из эмиттерного слоя в базовый. Соотношения (1.1) и (1.2) позволяют получить выражение для рабочих участков выходной характеристики. I= β IБ + I. (1.3) В этом выражении I= I - является начальным током транзистора в схеме ОЭ, который получается приIБ = 0. Параметр β=- коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, который характеризует усиление транзистора по току. Поскольку значениеα составляет 0,9 – 0,99, величина параметраβ обычно находится в пределах 9 – 99.Соотношение (1.3) правильно отражает линейное увеличение коллекторного тока при увеличении тока базы, но не передает зависимость тока I от напряжения U. Последнее учитывается введением в соотношение (1.3) дополнительного слагаемого, после чего оно принимает вид I= β IБ + + I, (1.4) где r - дифференциальное сопротивление выхода транзистора в схеме ОЭ. Область значений выходных параметров, при которых допускается эксплуатация транзистора, называется рабочей. Границы этой области, показанной на рис.1.9, определяются тремя факторами:
I U = Р. В маломощных транзисторах значение Рне превышает 0,3 Вт, в транзисторах средней мощности – 3 Вт. Современные транзисторы высокого уровня мощности обеспечивают рассеяние мощности до 100 Вт.Как отмечалось, в рабочей области коллекторный ток весьма слабо зависит от напряжения U. Кроме того, из хода вольт-амперной характеристики входной цепи видно, что малому изменению напряжения U соответствует большое изменение базового тока. Из этого следует целесообразность установки электрического режима транзистора по величинам тока базы и напряжения коллектор-эмиттер, т.е. их выбора в качестве параметров режима прибора. В таком качестве они используются при построении статических характеристик: входные характеристики строятся для ряда значений напряжения U, а выходные – для ряда значений тока IБ. 1.4. Схемы замещения биполярного транзистора При расчетах электрических цепей с транзисторами реальный прибор заменяется схемой замещения, которая может быть либо бесструктурной, либо структурной. В первом случае транзистор представляется в виде эквивалентного четырехполюсника, во втором – в виде эквивалентной схемы, отражающей физические связи между ее элементами. Хотя транзистор является нелинейным элементом, но как видно из рис.1.8 и 1.9, на входной и выходной характеристиках можно выделить участки, где зависимости между токами и напряжениями близки к линейным. Такие участки находятся внутри рабочей области. Поэтому транзистор, параметры которого соответствуют рабочей области, можно заменить эквивалентным четырехполюсником, линейными соотношениями которого связываются не значения его входных и выходных токов и напряжений, а величины приращений данных параметров. Поскольку электрический режим биполярного транзистора в схеме ОЭ определяется входным током I Б и выходным напряжением U, величины приращений его параметров целесообразно связать через h-параметры: Δ U=hΔ I Б + hΔ U, (1.5)Δ I= hΔ I Б + hΔ U. (1.6)Из соотношения (1.5) при Δ U = 0 следует h= , (1.7) а при Δ I Б = 0 h =. (1.8) Аналогичным образом из соотношения (1.6) можно получить h =, (1.9) h=. (1.10) h является входным сопротивлением транзистора при постоянном значении напряжения U; h - коэффициент обратной связи по напряжению; h - коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, характеризующий усилительные свойства транзистора при постоянном значении напряжения U; h - выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы. Дифференцирование соотношения (1.4) при условии U = const показывает, что h = β. (1.11) Значения h-параметров транзистора рассчитываются, если известны входные и выходные характеристики. Обычно величина параметра h находится в пределах от нескольких сот до единиц тысяч Ом, а величина параметра h - в пределах 10- 10-4 См. Величина параметра h практически равна нулю. В соответствии с рис.1.7,б эквивалентную схему транзистора можно представить в виде Т-образной схемы. Такая простейшая схема для случая включения транзистора с ОЭ приведена на рис.1.10, где приращения токов и напряжений обозначаются как iБ, iК, uБЭ, uКЭ. Для рабочей области прибора параметры элементов схемы можно считать постоянными величинами. Левая часть эквивалентной схемы транзистора отражает эмиттерный переход, находящийся в открытом состоянии. Поэтому в соответствии со схемой замещения p-n перехода (при ключе К на рис.1.4 в положении «а») резистор rЭ представляет собой сопротивление открытого перехода, величина которого невелика и лежит в пределах от единиц до нескольких десятков Ом. Резистор rБ представляет сопротивление базового слоя, величина которого определяется входным сопротивлением прибора, поскольку сопротивление rЭ мало. Правая часть схемы рис.1.10 отражает коллекторный переход, находящийся в закрытом состоянии. Согласно схеме рис.1.4 (при ключе К в положении «б») он представляется параллельным соединением сопротивления rК(Э) и емкости СК. Кроме того, параллельно им включен источник тока βiБ, отражающая факт переноса рабочих носителей заряда в коллекторный слой. На низких частотах емкостное сопротивление велико и шунтирующим действием емкости СК на источник тока βiБ можно пренебречь, в связи с чем подключение емкости СК на рис.1.10 обозначено пунктиром.
Рис.1.10. Эквивалентная схема биполярного транзистора Согласно эквивалентной схеме рис.1.10 с учетом малой величины сопротивления rЭ приращение коллекторного тока
, что находится в соответствии с соотношением (1.4), поскольку при небольших изменениях электрического режима транзистора величина обратного тока IК(0) практически не изменяется. Это подтверждает обоснованность введение второго слагаемого в правую часть соотношения (1.4). Нетрудно также убедиться, что согласно (1.10) r = . studfiles.net
rudatasheet.ru Биполярные транзисторы и их характеристикиMay 19, 2011 by admin Комментировать »
Страница 2 из 2
Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики. Входные статические характеристики представляют собой вольт-амперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода. Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера Iэ от напряжения на эмиттерном переходе UэБ . При отсутствии коллекторного напряжения (UКБ = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольт-амперной характеристики эмиттерного ЭДП, такой же, как ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.При включении транзистора по схеме с общим эмиттером входной характеристикой будет графическая зависимость тока базы IБ ОТ напряжения на эмиттерном переходе UБЭ. Так как эмиттерный переход и при таком включении остается смещенным в прямом направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного ЭДП . Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольт-амперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильноот состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП. Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и Iэ = 0, то есть цепь эмиттера оборвана, то эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обратное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой зависимость тока коллектора Iк от напряжения между коллектором и базой UКБ, будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая ). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряжение, то появится ток эмиттера Iэ, который создаст почти такой же коллекторный ток Iк. Чем больше прямое напряжение на эмиттерном ЭДП, тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше располагается выходная характеристика.Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы IБ , и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в пределах от 20 до 30 В. Это важно знать при выборе транзистора для заданного напряжения источника питания или при определении необходимого напряжения источника питания для имеющихся транзисторов.Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и смещение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на выходные характеристики в схеме ОЭ .
Предыдущая страница – Следующая страница nauchebe.net | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
при 
(рис.8 а), а выходными – 
при 
(рис 8. б).
, при 
и α – коэффициент усиления по току для схемы с общей базой, 
при 
. Данные коэффициенты связанны между собой зависимостью 
.
