11. Вычисление h-параметром по статическим характеристикам транзистора.

Определение h-параметров транзистора по статическим вах.

Статические характеристики позволяют определить основные параметры транзистора. Для описания свойств транзистора по переменному току чаще всего используется система h-параметров, которая представляется следующими уравнениями:

dU₁ = h₁₁dI₁ + h₁₂dU₂;

dI₂ = h₂₁dI₁ + h₂₂dU₂.

При нахождении h-параметров по статическим характеристикам дифференциалы заменяются конечными приращениями, тогда:

– входное сопротивление;

– коэффициент обратной связи по напряжению;

– коэффициент передачи по току;

– выходная проводимость.

Для определения h-параметров воспользуемся семействами входных и выходных характеристик для схемы с ОЭ (рис. 5,а, рис. 5,б). В заданной точке А на линейном участке семейства входных характеристик строим треугольник, проведя прямые параллельно оси абсцисс и ординат до пересечения со следующей характеристикой. Приращения токов и напряжений позволяют определить параметры h_11э и h_12э:

,

.

Параметры h_21э, h_22э определяются по выходным характеристикам. Обратите внимание на различие в обозначении статического коэффициента передачи по току в схеме с ОЭ h_21Э и дифференциального параметра h_21э. Через точку А', режим которой соответствует точке А, проводим вертикальную прямую до пересечения с соседней характеристикой. Задавая приращения напряжения U_кэ, находим:

,

.

12.Импульсный режим работы транзистора. Работа транзистора в импульсном режиме. В импульсных устройствах обычно применяется схема включения транзистора с ОЭ. В импульсном режиме, как правило, открытый транзистор работает в режиме насыщения, а закрытый - в режиме отсечки. В режиме отсечки напряжения смешения на обоих переходах - эмиттерном и коллекторном - отрицательные (U_эб < 0 и U_кб < 0 ). через них протекают обратные токи (рис.6.11а). Обратный ток эмиттера пренебрежимо мал по сравнению с обратным током коллектора. Ток базы имеет обратный знак, а по абсолютной величине равен току I_к0. В режиме отсечки цепь эмиттера можно считать разомкнутой, а транзистор представлять эквивалентным генератором тока I_к0.

В режиме насыщения (рис.6.116) на обоих переходах напряжения смещения положительны (U_эб > 0 и U_кб > 0) и через них протекает прямые токи. Такой режим можно получить при остаточно большом токе базы. Действительно, при увеличении тока базы увеличивается ток коллектора и падение напряжения на сопротивлении R_K. Напряжение коллектор-база равно:

U_K6 = -Е_к + I_KR_K + U_6э ≈ -Е_к + BI₆R_K + U_6э.

При выполнении неравенства напряжение U_Kб становится положительным. Данное неравенство часто называется критерием насыщения, а относительное превышение тока базы по сравнению с током насыщения I_б.н. - степенью насыщения

Напряжение, которое необходимо приложить между базой и эмиттером транзистора для достижения определенной степени насыщения при заданном коллекторном токе, называется напряжением насыщения база-эмиттер U_бэ.н. Ток коллектора в режиме насыщения определяется параметрами внешней схемы и называется током насыщения (I_{К Н} = BI_б.н.)

В режиме насыщения в активной и периферийной частях базы (в дрейфовых транзисторах с высокоомным коллектором также в толще коллектора) происходит накапливание избыточного заряда неосновных носителей. Накопление продолжается в течение времени t_нак.

После окончания входного насыщающего импульса тока базы с длительностью и подачи запирающего импульса ток коллектора начинает изменяться через некоторое время, необходимое для рассасывания избыточного заряда. Время рассасывания t_p определяется как интервал времени между моментом окончания насышаюшего импульса тока базы и моментом, когда напряжение на коллекторе достигает уровня 0.1 Ек. Рассасывание неравновесных носителей производится в основном за счет поверхностной и объёмной рекомбинации. Ток базы при этом может значительно превышать величину тока базы в режиме отсечки. Время рассасывания тем меньше, чем меньше степень насыщения и чем больше амплитуда запирающего импульса.

К оллекторный ток начинает спадать с момента выхода транзистора из насыщения. Время спада (задний фронт импульса) t_ф2 тока коллектора от уровня I_к.н. до уровня 0.1I_к.н. под воздействием запирающего изменения тока базы в первую очередь зависит от частотных свойств транзистора τ_B.

В режиме насыщения в базе накапливается избыточный заряд неосновных неравновесных носителей.

На семействе выходных характеристик для схемы с ОЭ (рис.6.9) режим насыщения соответствует левому крутому участку, где ток коллектора не зависит от тока базы. Так как напряжения U_Kiti.U_kб. и U_эб.н в режиме насыщения малы, то все три электрода насыщенного транзистора можно считать короткозамкнутыми и представлять транзистор в виде единой эквипотенциальной точки.

Переходы транзистора из режима отсечки в режим насыщения и обратно сопровождаются искажениями формы импульса тока коллектора при передаче скачков базового тока (рнс.6.12). Анализ переходных процессов в схеме с насыщенными транзисторами чаше всего проводится так называемым методом заряда. В активной области характеристики временные изменения заряда неравновесных носителей в базе пропорциональны изменениям тока коллектора (где постоянная времени коэффициента передачи тока базы)

13.Составной биполярный транзистор. Составной транзистор (транзистор Дарлингтона) — объединение двух или более биполярных транзисторов[1] с целью увеличения коэффициента усиления по току[2]. Такой транзистор используется в схемах работающих с большими токами (например, в схемах стабилизаторов напряжения, выходных каскадов усилителей мощности) и во входных каскадах усилителей, если необходимо обеспечить большой входной импеданс.

Составной транзистор имеет три вывода (база, эмиттер и коллектор), которые эквивалентны выводам обычного одиночного транзистора. Коэффициент усиления по току типичного составного транзистора, (иногда ошибочно называемого «супербета»[3], у мощных транзисторов (например — КТ825) ≈1000 и у маломощных транзисторов (типа КТ3102 и т. п.) ≈50000. Это означает, что небольшого тока базы достаточно для того, чтобы составной транзистор открылся.

Покажем, что составной транзистор действительно имеет коэффициент β, значительно больший, чем у его обоих компонентов. Задавая приращение dIб=dIб1, получаем:

dIэ1=(1+β1)dIб=dIб2;

dIк=dIк1+dIк2=β1dIб+β2[(1+β1)dIб].

Деля dIr на dIб, находим результирующий дифференциальный коэффициент передачи:

βΣ=β1+β2+β1β2

Поскольку всегда , можно считать:

βΣ≈β1β2.

Следует подчеркнуть, что коэффициенты и могут различаться даже в случае однотипных транзисторов, поскольку ток эмиттера Iэ2 в 1+β2 раз больше тока эмиттера Iэ1 (это вытекает из очевидного равенства Iб2=Iэ1). Достоинства и недостатки составных транзисторов

Высокие значения коэффициента усиления в составных транзисторах реализуются только в статическом режиме, поэтому составные транзисторы нашли широкое применение во входных каскадах операционных усилителей. В схемах на высоких частотах составные транзисторы уже не имеют таких преимуществ — граничная частота усиления по току и быстродействие составных транзисторов меньше, чем эти же параметры для каждого из транзисторов VT1 и VT2.

Схема Шиклаи Паре Дарлингтона подобно соединение транзисторов по схеме Шиклаи (Sziklai pair), названное так в честь его изобретателя Джорджа К. Шиклаи также иногда называемое комплементарным транзистором Дарлингтона[5]. В отличие от схемы Дарлингтона, состоящей из двух транзисторов одного типа проводимости, схема Шиклаи содержит транзисторы разной полярности(p-n-p и n-p-n). Пара Шиклаи ведет себя как n-p-n-транзистор c большим коэффициентом усиления. В схеме действует одно напряжение между базой и эмиттером, а напряжение насыщения равно по крайней мере падению напряжения на диоде. Между базой и эмиттером транзистора Q2 рекомендуется включать резистор с небольшим сопротивлением. Такая схема применяется в мощных двухтактных выходных каскадах при использовании выходных транзисторов одной полярности.

Достоинства составного транзистора:

Высокий коэффициент усиления по току.

Cхема Дарлингтона изготавливается в виде интегральных схем и при одинаковом токе рабочая поверхность кремния меньше, чем у биполярных транзисторов. Данные схемы представляют большой интерес при высоких напряжениях.