Основні режими роботи біполярного транзистора

Незалежно від схеми вмикання біполярного транзистора він може працювати у трьох основних режимах, що визначаються полярністю напруги на емітерному U_Е та колекторному U_К переходах:

1) режим відсічки (U_Е<О,U_К< 0);

2) активний режим (U_Е > 0, U_к< 0);

3) режим насичення (U_Е > 0,U_К> 0).

У режимі насичення, який настає при великому відпірному вхідно­му сигналі, колекторний та емітерний переходи зміщені у прямому напрямку, транзистор повністю увімкнений і його струм І_тр =U₃ / R_н, тобто залежить тільки від опору навантаження R_н та зовнішньої напруги U₃ (вихідний опір транзистора знижується до дуже малої величини).

У режимі відсічки, який настає з поданням до вхідного кола транзис­тора сигналу, що забезпечує повне запирання приладу, обидва перехо­ди зміщені у зворотному напрямі (закритий стан транзистора). При цьому у вихідному колі протікає струм, що є зворотним струмом емітерного та колекторного переходів, а опір транзистора високий.

Активний режим є проміжним. В ньому емітерний перехід зміщений у прямому напрямку, а колекторний - у зворотньому.

Транзистор у цьому режимі працює як підсилювач сигналу: пропор­ційним змінам вхідного сигналу тут відповідають пропорційні зміни ви­хідного.

Режим роботи, у якому транзистор тривалий час знаходиться в режи­мах відтинання або насичення, називається ключовим режимом.

Розглянемо наведені вище режими роботи транзистора на прикладі його вмикання за схемою з СЕ, зображеною на рис. 2.20. Тут:

Д е R_Б , R_к - базове та колекторне на­вантаження, U_КЕ - напруга між колек­тором та емітером, Е_к - напруга джерела живлення.

Рівняння (2.21) характеризує зв'язок вихідної напруги з вхідним стру­мом і називається динамічною вихідною характеристикою транзисто­ра або лінією навантаження.

На сім'ї вихідних статичних характеристик побудуємо лінію навантаження, як показано на рис. 2.21. Для цього розглянемо режими холостого ходу (Х.Х.) та короткого замикання (К.З.).

Для режиму Х.Х.:

якщо I_К= 0, то U_КЕ = Е_к .

Для режиму К.З.:

якщо U_КЕ, = 0, то

Точки перетину лінії навантаження з будь-якою ВАХ називаються робочими точками і відповідають певним значенням вихідного струму та вихідної напруги. Якщо, наприклад, І_Е= І_Б0, то цьому відповідає точ­ка Р, для якої U_вих = U_ок, І_вих = І_ок .

Коли робоча точка лежить у межах відрізка аб, транзистор працює в активному (підсилювальному) режимі, де змінам вхідного сигналу відповідають пропорційні зміни вихідного.

Якщо робочу точку намагатися задати нижче точки б, транзистор переходить до режиму відтинанння, якому відповідає власне точка б (транзистор тут відтинає протікання струму у силовому колі).

Якщо ж робочу точку задавати вище точки а - транзистор знахо­диться в режимі насичення, якому і відповідає точка а.

Взагалі режимом насичення називають такий режим, коли подаль­шому збільшенню вхідної дії не відповідає збільшення вихідної реакції, що досягла деякого значення.

У режимі насичення через транзистор протікає струм

(2.22)

Для того щоб транзистор увійшов до режиму насичення, необхідно забезпечити струм бази не менший за

Ступінь насичення характеризується коефіцієнтом насичення

(2.23)

В активному режимі S < 1.

До основних параметрів біполярних транзисторів належать:

- максимально допустимий струм колектора I_k , що становить (0,01+100) А;

- допустима робоча напруга U_КЕ, що становить (20÷1000) В;

- коефіцієнт передачі по струму β = 20÷50;

- допустима потужність на колекторі Р_к (якщо Р_к< 0,3 Вт, то маємо транзистор малої потужності, якщо Р_к= 0,3÷1,5 Вт - середньої потуж­ності, якщо Р_к> 1,5 Вт - великої потужності).