Барьерная емкость p-n перехода

Барьерную емкость p-n перехода можна сравнить с емкостью плоского конденсатора, обложками которого выступают границы слоя пространственного заряда. Эта емкость вызвана изменением обьемного заряда при изменении внешнего напряжения.

Барьерная емкотсь для несимметричного перехода, когда N_A>>N_D:

Для плавного перехода с линейным распределением примесей:

Зависимость барьерной емкости p-n перехода от напрядения:

1 - резкий переход 2 - плавный переход

Зависимость барьерной емкости от напряжения определяется законом распределения примесей на участке перехода. В сплавленых переходах с равномерным распределением примесей по координате x зависимость C_бар = f(U) более резкая чем в диффузионных. Это вызвано тем, что ширина перехода и её прирост Δl с изменением напряжения зависят от удельного сопротивления областей p и n. В сплавных переходах удельное сопротивление не изменяется по координате x, поэтому одинаковым приращениям ΔU соответствуют одинаковые приращения Δl. В диффузионых переходах с удалением от метеллургической границы удельное сопротивление уменьшается, поэтому с повышением напряжения приращение Δl уменьшается.

Диффузионная емкость p-n перехода

Диффузионная емкость вызвана изменением избыточных зарядов движущихся носителей в областях p и n под действием внешнего напряжения. При прямом смещении из эмитора в базу диффузируют неосновные носители - дырки. Для компенсации избыточного заряда дырок в базу от внешнего источника поступает такое же количество электронов, которые распределяются так же как и дырки. Таким образом, в базе оказывается избыточный позитивный заряд дырок ΔQ_p и такой же отрицательный заряд электронов ΔQ_n. Изменение этого заряда в случае изменения напряжения на p-n переходе и есть проявлением диффузионной емкости. В отличии от барьерной емкости черезмерные заряды пространственно не разделены и не создают токи смещения.

Суммарная диффузийная емкость p-n перехода:

Диффузионная емкость проявляется только при прямом смещении перехода. Она значительно больше баръерной емкости и, как правило, определяет быстродействие приборов с p-n переходом

Диффузионная емкость зависит от частоты. С повышением частоты емкость уменьшается, так как скопление избыточных зарядов не успевает за изменением напряжения на p-n переходе.

3. Разновидности полупроводниковых диодов, их параметры и система обозначении, частотные свойства, температурная зависимость.

Полупроводниковым диодом называют электропреобразовательный прибор с одним (или несколькими) выпрямляющим электрическим переходом и двумя омическими выводами для подключения к внешней цепи. Принцип работы большинства диодов основан на использовании физических явлений в p-n-переходе.

Диоды классифицируются: по материалу (германиевые, кремниевые, арсенид-галлиевые); структуре перехода (точечные, плоскостные); назначению (выпрямительные, импульсные, стабилитроны и т.д.); диапазону частот (низко- и высокочастотные); виду вольт-амперной характеристики и т.д.

В зависимости от технологических процессов, используемых при изготовлении диодов, различают: сплавные, диффузионные, планарно-эпитаксиальные диоды и их разновидности. Устройство полупроводникового диода, изготовленного по планарно-эпитаксиальной технологии, приведено на рис. 1.

Рис. 1

Большинство полупроводниковых диодов выполняют на основе несимметричных p-n-переходов. В качестве структурных элементов диодов используют также p-i-, n-i-переходы, переходы металл-полупроводник, p⁺-p-, p⁺-n-переходы, гетеропереходы. Изготовляются также диоды с p‑i‑n‑, p⁺-p-n- и n⁺-n-p-структурами.

Вся структура с электрическим переходом заключается в металлический, стеклянный, керамический или пластмассовый корпус для исключения влияния окружающей среды. Полупроводниковые диоды изготовляются как в дискретном, так и в интегральном исполнении.

Система обозначений полупроводниковых диодов

Для маркировки полупроводниковых диодов используется буквенно-цифровая система условных обозначений согласно ОСТ 11.336.919-81.

Первый элемент – буква или цифра, характеризует используемый материал: Г(1) – германий (Ge); К(2) – кремний (Si); А(3) – галлий (Ga) и его соединения; И(4) – индий In и его соединения. Второй элемент – буква, характеризует тип диода: Д – выпрямительный; В – варикап; И – туннельный и обращенный; С – стабилитрон и стабистор; Л – излучающий светодиод. Третий элемент – цифра, характеризует назначение диода. Например, для диодов группы Д: 1 – выпрямительные маломощные (ток до 300 мкА); 2 – выпрямительные средней мощности (ток до 10 А); 3 – диоды большой мощности (ток свыше 10 А); 4–9 – диоды импульсные с различным временем восстановления. Четвертый элемент (2–3 цифры) – номер разработки (для стабилитрона – напряжение стабилизации в десятых долях вольта). Пятый элемент – буква, характеризует вариант по параметрам.

Графические обозначения полупроводниковых диодов на электрических принципиальных схемах представлены на рис. 2.

Рис. 2. Графические обозначения полупроводниковых диодов.

1 – общее обозначение (выпрямительный, импульсный, высокочастотный диод); 2 – стабилитрон; 3 – двуханодный стабилитрон; 4 – туннельный диод; 5 – обращенный диод; 6 – варикап; 7 – светодиод; 8 – фотодиод

Вольт-амперная характеристика, пробой и общие параметры диодов

Если к выводам диода подключен источник внешнего напряжения плюсом к аноду, а минусом к катоду, то диод будет включен в прямом направлении, и через него будет протекать значительный инжекционный ток, называемый прямым током. При изменении полярности внешнего напряжения на выводах диода на обратную (плюс на катоде, минус на аноде) он будет включен в обратном направлении. В этом случае через диод протекает незначительный по величине ток, называемый обратным током, обусловленный экстракцией неосновных носителей заряда через электрический переход.

Зависимость тока, протекающего через диод, от величины и полярности приложенного к его выводам внешнего напряжения называется вольт-амперной характеристикой диода:

, (1)

где  – температурный потенциал, равный 26 мВ при Т=300 К; I₀ – обратный ток насыщения. Уравнение (1) называют теоретической или идеализированной ВАХ диода. В нем не учтено суммарное сопротивление базы, омических контактов и выводов диода r_д. С учетом этого сопротивления реальная ВАХ диода имеет вид

. (2)

На рис. 3 пунктиром изображена теоретическая ВАХ, а сплошной линией – реальная ВАХ. Из-за существенного различия значений прямого и обратного токов и напряжений прямые и обратные ветви ВАХ имеют различный масштаб. Прямая ветвь ВАХ, как следует из (2), сдвинута в сторону больших прямых напряжений при I_пр = соnst. Различие между теоретической и реальной ВАХ в области обратных напряжений обусловлено неучтенной в (1) и (2) генерацией носителей заряда в переходе. Поэтому I_обр не остается постоянным, а медленно возрастает с ростом U_обр. Более того, при достижении некоторого критического значения U_обр ток I_обр начинает резко расти при почти неизменном обратном напряжении. Это явление называется пробоем перехода диода (рис. 3, кривая а).

Различают два вида пробоя: электрический пробой и тепловой. В свою очередь электрический пробой делится на лавинный и туннельный. Лавинный пробой характерен для широких переходов. Если длина свободного пробега носителей заряда меньше ширины перехода, то при достаточно больших значениях U_обр (от 7 до 400 В) носители заряда приобретают кинетическую энергию, достаточную для развития лавинообразного процесса ионизации атомов полупроводника, что и вызывает резкий рост тока при почти неизменном U_обр.

Туннельный пробой развивается в узких переходах при сильном электрическом поле за счет туннельного проникновения через тонкий потенциальный барьер электронов из валентной зоны одной области в зону проводимости другой без изменения энергии.

Рис. 3

Тепловой пробой возникает вследствие перегрева электрического перехода протекающим через него током при недостаточном теплоотводе. За счет термогенерации носителей в переходе резко возрастает ток, что ведет к еще большему разогреву перехода. Если температура перехода превысит допустимое значение, структура перехода претерпевает необратимые изменения, и диод выходит из строя. На участке теплового пробоя (рис. 3, кривая б) U_обр уменьшается при возрастании I_обр. При достаточно больших прямых токах I_пр также может развиться тепловой пробой, если не ограничить I_пр.

Величину называют коэффициентом выпрямления (характеризует односторонний характер проводимости диода, т.к. I_пр >> I_обр).

На ВАХ диода существенно влияет температура окружающей среды (рис. 4). С ростом температуры ток I₀ возрастает по экспоненциальному закону , где W – ширина запрещенной зоны материала полупроводника. В инженерных расчетах полагают, что ток I₀ удваивается на каждые 10 С в германиевых диодах, а в кремниевых на каждые 7 C.

Температурные изменения прямого падения напряжения на диоде оценивают температурным коэффициентом напряжения при I_пр = const. В расчетах его принимают равным –2 мВ/С.

Все диоды характеризуются общими параметрами, к которым относятся:

рабочий диапазон температур;

допустимый прямой ток I_{пр макс}, при котором температура перехода достигает T_макс;

допустимое обратное напряжение U_{обр макс}, при котором не происходит пробоя p-n-перехода, обычно U_{обр макс}  0,8U_пр;

Рис. 4

допустимая мощность, рассеиваемая на диоде , где R_T – тепловое сопротивление перехода, характеризующее условия теплоотвода, обычно R_T определяется экспериментально и приводится в справочниках;

прямое и обратное сопротивления диода постоянному току

; ;

прямое и обратное дифференциальные сопротивления (сопротивления переменному току)

; .

Кроме общих параметров некоторые виды диодов характеризуются специальными параметрами, присущими только этим диодам.

4. Устройство и принцип действия биполярных транзисторов

Транзистором называется электропреобразовательный прибор с одним или несколькими электрическими переходами, пригодный для усиления мощности и имеющий три и более выводов. Действие транзисторов основано на управлении движением носителей электрических зарядов в кристалле полупроводника.

По характеру переноса носителей заряда различают биполярные и полевые транзисторы. В биполярных транзисторах (БТ) в процессах токопрохождения участвуют основные и неосновные носители зарядов, а в полевых (униполярных) – носители одного знака. По числу р-n-переходов транзисторы подразделяются на однопереходные, двухпереходные и многопереходные. Наибольшее распространение среди биполярных транзисторов получили двухпереходные транзисторы.

В транзисторе чередуются по типу проводимости три области полупроводника. В зависимости от порядка чередования областей различают транзисторы типа р-n-p и n-p-n. Принцип действия обоих типов транзисторов одинаков. По характеру распределения атомов примеси и движению носителей заряда транзисторы разделяются на бездрейфовые и дрейфовые.

Структура и условные изображения транзисторов n-p-n и р-n-p приведены на рис. 3.1, а, б соответственно. Стрелки на рисунке указывают направление прямого тока эмиттерного перехода. В этих структурах существуют два перехода с неодинаковой площадью. Одна из крайних областей легирована сильнее, чем другая. Сильнолегированная область с меньшей площадью называется эмиттером (Э), а другая область – коллектором (К). Средняя область называется базой (Б). К областям эмиттера, базы и коллектора припаиваются невыпрямляющие контакты, служащие выводами эмиттера, базы и коллектора.

а

б

Рис. 3.1

Устройство реального транзистора типа p-n-p представлено на рис. 3.2 а, б.

а б

Рис. 3.2

Рабочей (активной) областью транзистора является область объема структуры, расположенная ниже эмиттерного перехода (не заштрихована). Остальные участки являются пассивными (паразитными), что обусловлено конструкторско-технологическими причинами. Основные свойства биполярного транзистора определяются процессами в базовой области, которая обеспечивает взаимодействие эмиттерного и коллекторного переходов. Поэтому ширина базовой области должна быть малой (1 мкм), меньше диффузной длины неосновных носителей в базе. Если распределение примеси в базе от эмиттера к коллектору однородное (равномерное), то в ней отсутствует электрическое поле, и носители совершают в базе только диффузное движение. В случае неравномерного распределения примеси в базе существует «внутреннее» электрическое поле, вызывающее появление дрейфового движения носителей: результирующее движение определяется как диффузией, так и дрейфом. Биполярные транзисторы с однородной базой называют бездрейфовыми, а с неоднородной базой – дрейфовыми. При изготовлении транзисторов добиваются, чтобы концентрация основных носителей в эмиттере значительно превышала концентрацию носителей в базе. Для защиты транзисторной структуры от воздействия внешней среды кристалл помещают в герметизированный корпус.

При включении транзисторов в схему один из его электродов является входным, второй – выходным, а третий – общим. На входной и выходной электроды подаются напряжения от внешних источников, отсчитываемые относительно общего электрода. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают схемы включения (рис. 3.3, а, б, в): с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). В обозначениях напряжений (см. рис. 3.3) вторая буква индекса обозначает общий для входа и выхода схемы электрод.

а

б

в

Рис. 3.3

5. Режимы работы биполярного транзистора. Токораспределение в биполярном транзисторе

Режимы работы биполярных транзисторов

В зависимости от полярности и величины напряжений на электродах различают четыре режима работы транзистора:

Активный режим (АР) — эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.

Режим отсечки (РО) — оба перехода смещены в обратном направлении.

Режим насыщения (РН) — оба перехода смещены в прямом направлении.

Инверсный режим (ИР) — коллекторный переход смещен в прямом, а эмиттерный – в обратном направлении.

Связь режимов работы биполярного транзистора с включением переходов показана на (рис. 3.4).

Рис. 3.4

Классификация режимов проводится по комбинации напряжений переходов. В схеме с ОБ напряжения переходов равны напряжению источников питания эмиттера ( ) и коллектора ( ).

В схеме с ОЭ напряжение на эмиттерном переходе определяется напряжением первого источника , а напряжение коллекторного перехода зависит от обоих источников и по общему правилу определения разности потенциалов .

В схеме с ОК напряжение на коллекторном переходе определяется одним источником , а напряжение на эмиттерном переходе зависит от обоих источников .

Правило знаков остается прежним.

Токораспределение в биполярном транзисторе

При прямом сме­ще­нии эмиттерного пе­ре­хода p-n-p тран­зис­то­ра в эмиттерно-базовой цепи протекает значи­тель­ный ток, обуслов­лен­ный переходом элек­тро­нов из базы в эмит­тер и дырок из эмиттера в базу.

Если геометри­чес­кая ширина базы боль­ше диффузионной дли­ны электрона (L_Д — расстояние свободного пробега электрона до рекомбинации), то в цепи коллектора ток протекать не будет. Изготовление базы с толщиной, сравнимой с диффузионной длиной электрона, приводит к тому, что на характер движения электрона в области базы начинает оказывать воздействие электрическое поле коллекторного перехода. Электроны в базе являются неосновными носителями, поэтому положительный потенциал коллектора способствует их притягиванию к коллекторному переходу и беспрепятственному переносу через область базы в область коллектора.

Ток через эмиттерный переход создает электронную и дырочную составляющие. Дырочная составляющая замыкается по цепи базы и не участвует в управлении током коллектора.

I_Э=I_Эn+I_Эp

Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является коэффициент инжекции, показывающий, какую часть от полного эмиттерного тока составляет его дырочная составляющая:

g= .

Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переноса дырок в базе d, который равен отношению дырочной составляющей коллекторного дока к дырочной составляющей эмиттерного тока:

d= .

Управляемые свойства транзистора характеризуются коэффициентом передачи эмиттерного тока:

a= g×d = .

Ток коллектора состоит из дырочной составляющей I_Кpи теплового тока I_К0 (I_К=I_Кp+I_К0). Ток базы равен алгебраической сумме электронной составляющей тока эмиттера I_Эn, рекомбинационной дырочной составляющей I_Бp и теплового тока I_К0 (I_Б=I_Эn+I_Бp–I_К0).

5. Коэффициенты передачи БТ по току, напряжению и мощности в различных схемах включения

Схема с общей базой

Рассмотренный выше пример построения усилителя электрических сигналов с помощью транзистора является схемой включения с общей базой. На рис. 3.5. приведена электрическая принципиальная схема включения транзистора с общей базой.

Рис. 3.5. Включение транзистора по схеме с общей базой

Основные параметры, характеризующие эту схему включения получим следующим образом:

1. Коэффициент передачи по току:

.

(3.3)

2. Входное сопротивление:

.

(3.4)

Из (3.4) следует, что входное сопротивление транзистора, включенного в схему с общей базой, очень невелико и определяется, в основном, сопротивлением эмиттерного p-n-перехода в прямом направлении. На практике оно составляет единицы – десятки . Это следует отнести к недостаткам усилительного каскада, так как приводит к нагружению источника входного сигнала.

3. Коэффициент передачи по напряжению:

.

(3.5)

Коэффициент передачи по напряжению может быть достаточно большим (десятки – сотни единиц), так как определяется, в основном, соотношением между сопротивлением нагрузки и входным сопротивлением.

4. Коэффициент передачи по мощности:

.

(3.6)

Для реальных схем коэффициент передачи по мощности равняется десятки – сотни единиц.

Схема с общим эмиттером

В этой схеме, (рис. 3.6), по-прежнему источник входного сигнала включен в прямом направлении по отношению к эмиттерному переходу, а источник питания включен в обратном направлении по отношению к коллекторному переходу, и в прямом по отношению к эмиттерному. Под действием источника входного сигнала в базовой цепи протекает ток ; происходит инжекция носителей из эмиттерной области в базовую; часть из них под действием поля коллекторного перехода перебрасывается в коллекторную область, образуя, таким образом, ток в цепи коллектора , который протекает под действием источника питания через эмиттер и базу. Поэтому:

.

(3.7)

Рис. 3.6. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Входным током является ток базы , а выходным – ток коллектора . Выходным напряжением является падение напряжения на сопротивлении нагрузки . Основные параметры, характеризующие эту схему включения определим из выражений:

1. Коэффициент усиления по току :

,

(3.8)

поделив в этом выражении числитель и знаменатель дроби на ток эмиттера , получим:

.

(3.9)

Из (3.9) видно, что в схеме с общим эмиттером коэффициент передачи по току достаточно большой, так как – величина, близкая к единице, и составляет десятки – сотни единиц.

2. Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером:

,

(3.10)

поделив в этом выражении числитель и знаменатель на ток эмиттера , получим:

.

(3.11)

Отсюда следует, что: , т. е. по этому параметру схема с общим эмиттером значительно превосходит схему с общей базой. Для схемы с общим эмиттером входное сопротивление лежит в диапазоне сотни – единицы .

3. Коэффициент передачи по напряжению:

.

(3.12)

Подставляя сюда из (3.10), получим:

,

(3.13)

т. е. коэффициент передачи по напряжению в этой схеме точно такой же, как и в схеме с общей базой – и составляет десятки – сотни единиц.

4. Коэффициент передачи по мощности:

.

(3.14)

Что значительно больше, чем в схеме с общей базой (сотни – десятки тысяч единиц).

Схема с общим коллектором

Исходя из принятых отличительных признаков схема включения транзистора с общим коллектором должна иметь вид (рис. 3.7). Однако в этом случае транзистор оказывается в инверсном включении, что нежелательно из-за ряда особенностей, отмеченных выше. Поэтому в схеме (рис. 3.7, а) просто механически меняют местами выводы эмиттера и коллектора и получают нормальное включение транзистора (рис. 3.7, б). В этой схеме сопротивление нагрузки включено во входную цепь; входным током является ток базы ; выходным током является ток эмиттера .

Основные параметры этой схемы следующие:

1. Коэффициент усиления по току:

.

(3.15)

Рис. 3.7. Включение транзистора по схеме с общим коллектором

Поделив числитель и знаменатель этой дроби на ток эмиттера , получим:

,

(3.16)

т. е. коэффициент передачи по току в схеме с общим коллектором почти такой же, как в схеме с общим эмиттером:

.

2. Входное сопротивление:

.

(3.17)

Преобразуя это выражение, получим:

.

(3.18)

Из (3.18) следует, что входное сопротивление в этой схеме включения оказывается наибольшим из всех рассмотренных схем (десятки – сотни  ).

3. Коэффициент усиления по напряжению:

.

(3.19)

Преобразуем это выражение с учетом выражений (3.16) и (3.18):

.

(3.20)

Поскольку представляет собой очень малую величину, то можно считать, что , т. е. усиления по напряжению в этой схеме нет.

4. Коэффициент усиления по мощности:

,

(3.21)

на практике он составляет десятки – сотни единиц.

Схему с общим коллектором часто называют эмиттерным повторителем, потому что, во-первых, нагрузка включена здесь в цепь эмиттера, а во-вторых, выходное напряжение в точности повторяет входное и по величине ( ) и по фазе.

Схема с общим эмиттером является наиболее распространенной, т. к. дает наибольшее усиление по мощности из всех схем.

Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т. к. она имеет лучшие температурные свойства.

Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада усиления из-за его высокого входного сопротивления и способности не нагружать источник входного сигнала.

Таблица 3.2.

Параметры схем включения биполярного транзистора

Выводы:

1. В отличие от схемы с общей базой схема с общим эмиттером наряду с усилением по напряжению даёт также усиление по току. Транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером, усиливает ток базы в десятки сотни раз. Усиление по напряжению в данной схеме остается таким же, как в схеме с общей базой. Поэтому усиление по мощности в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой.

2. Схема с общим эмиттером имеет более приемлемые значения входного и выходного сопротивлений входное больше, а выходное сопротивление меньше, чем в схеме с общей базой.

3. Благодаря указанным преимуществам схема с общим эмиттером находит наибольшее применение на практике.

4. Схема с общей базой хоть и имеет меньшее усиление по мощности и имеет меньшее входное сопротивление, все же ее иногда применяют на практике, т. к. она имеет лучшие температурные свойства.

5. Схема с общим коллектором дает усиление по току и по мощности, но не дает усиления по напряжению.

6. Схему с общим коллектором очень часто применяют в качестве входного каскада усиления из-за его высокого входного сопротивления и способности не нагружать источник входного сигнала, а также данная схема имеет наименьшее выходное сопротивление.

7. эквивалентные схемы БТ, частотные и шумовые характеристики

При необходимости анализа работы транзистора в режиме большого сигнала, когда имеют значение его нелинейные свойства, находит применение эквивалентная схема, предложенная Эберсом и Моллом. Она состоит из двух диодов, включенных встречно, и двух источников тока, отображающих взаимодействие этих диодов (рис. 3.6).

В приведённой схеме источники тока и характеризуют соответственно передачу тока эмиттерного перехода при нормальном включении в коллектор и тока коллекторного перехода в эмиттер при инверсном включении транзистора.

Токи эмиттера и коллектора связаны с внутренними токами соотношениями ; , где  – коэффициент передачи тока коллектора при инверсном включении.

Токи через переходы можно записать:

; , (3.9)

где  – тепловые токи эмиттерного и коллекторного переходов, измеренные при коротком замыкании на выходе и входе соответственно ( и ).

, .

 – это обратные токи эмиттерного и коллекторного переходов, измеряемые соответственно при обрыве коллектора и эмиттера.

С учетом (3.9) соотношения преобразуются к виду

(3.10)

(3.11)

(3.12)

Из этих выражений можно получить семейство характеристик для конкретной схемы включения транзистора. Так, решая (3.10) относительно , получим выражение для идеализированных входных (эмиттерных) характеристик транзистора при :

. (3.13)

Модель Эберса – Молла описывает поведение транзистора в различных режимах работы, что может быть учтено выбором соответствующей полярности напряжений на переходах транзистора.

Физическая Т-образная эквивалентная схема БТ наряду с h-параметрами также достаточно полно отражает свойства реального транзистора на низких частотах и широко используется для анализа малосигнальных транзисторных усилителей. Физические Т-образные эквивалентные схемы БТ с ОБ и ОЭ представлены на рис. 4.6, а, б соответственно. Значения параметров эквивалентных схем БТ могут быть найдены с использованием известных h-параметров для включения БТ:

Поскольку коэффициенты обратной связи по напряжению и для обеих схем включения БТ имеют очень малую величину, точность их вычисления с использованием статических ВАХ оказывается низкой. В связи с этим расчет параметров эквивалентной схемы необходимо начинать с расчета дифференциального сопротивления эмиттерного перехода:

где– тепловой потенциал, равный 26 мВ при Т=300 К; – ток эмиттера БТ в рабочей точке. С учетом этого в (4.11) объемное сопротивление базы БТ необходимо рассчитывать согласно выражению

Параметры эквивалентных схем маломощных БТ принимают следующие типовые значения: дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода – единицы – десятки ом; объемное сопротивление базы – сотни ом – единицы ки-лоом; выходное сопротивление в схеме с ОБ – сотни килоом – единицы мегаом; выходное сопротивление в схеме с ОЭ – десятки – сотни килоом.

7. Схемы включения транзистора с ОБ, ОЭ и ОК, сравнение параметров

Для этих схем общим яыл тот вывод Т по отнош к кот подается вх и сним вых сигнал.

ОЭ. Іэ=Ік+Іб эти ур-ния записаны для токов обра

Ік=Іэ+Ікбо зованых осн носителями заряда.

Кроме этих токов  токи образ за счет неосн носит. Самый важный из них Ікбо (образ неосн носит в обл базы и колектора и суммир с токами осн носит ) Іб=Іэ-Ік-Ікбо. Эти ур-ния получ на осн схемы с ОБ, но справедливы для всех схем вкл. Для схемы с ОЭ:

Ік=(Ік+Іб)+Ікбо=Ік+Іб+Ікбо коэф передачи в сх

Ік=Іб/(1-)+Ікбо/(1+)=Іб+(1+)Ікбо =/(1-)

В общем случае для любой схемы:

ОБ. К = <1 т.к. Ік<Іэ, Ікбо<<Ік(на общуюю величину влияния не оказывает). Коэф усиления по току, напряж, мощности всегда запис для переменных составл тока и напряж, т.е. для полезного сигнала.

r_кб- сопротивление обратно смещению р-n перехода имеет большую величину (10-100 кОм); r _эб– очень мало 1-10 Ом. Усиление кu наибольшее из всех схем включения. Кр=100-1000. Отсутствует усиление по току, но имеется усиление по напряж и по мощности.

ОЭ.

В схеме с ОЭ имеется усиление по току, по напряжению и по мощности. Величина  может очень сильно меняться от 1 до 100. Типовое значение  50-100. Есть транзисторы с супер  (1090-500).

9. Статические вольт-амперные характеристики транзистора

Статические ВАХ отражают зависимости между постоянными входными и выходными токами и напряжениями транзистора. Для любой схемы включения транзистора можно получить четыре семейства статических ВАХ: входные , выходные , прямой передачи по току и обратной связи по напряжению . В таком варианте ВАХ мы анализируем зависимость параметров транзистора от входного тока , так как параметры биполярного транзистора в рабочем режиме зависят от величины тока через прямосмещенный переход БТ. В то же время в выходной цепи определяющей является зависимость параметров от напряжения на обратносмещенном переходе, то есть .

На рис. 4.3. и рис 4.4.. приведены графики семейств статических ВАХ транзистора, имеющего p-n-p-структуру, для включения с ОБ.

Рис 4.4. Входные и выходные статические ВАХ p-n-p-транзистора с ОБ.

Входные характеристики представляют собой известные характеристики прямосмещенного р-п перехода. Выходные характеристики позволяют оценить поведение транзистора в различных режимах работы в соответствии с определением режимов.

Рис.4.5. Характеристики прямой передачи и обратной связи БТ с ОБ

Характеристики прямой передачи БТ являются линейными в рабочей области входных токов в соответствии с уравнением .

Поведение характеристик обратной связи объясняется эффектом модуляции ширины базы в области небольших значений U кб.

Для схемы включения БТ с ОЭ поведение входных характеристик ( рис. 4.6.) объясняется так же как и для схемы с ОБ. На выходных характеристиках требует пояснения отличное от схемы с ОБ расположение области режима насыщения

Рис.4.6. Входные и выходные характеристики БТ с ОЭ

В частности в схеме с ОЭ насыщение БТ наступает при выполнении условия Uкэ < Uбэ. В этом случае полярность напряжения на коллекторном переходе соответствует прямому смещению независимо от типа транзистора (р-п-р или п-р-п.). На рис. также показана возможность определения параметров транзистора через приращения токов и напряжений в заданной рабочей точке БТ.

Рис.4.7. Характеристики прямой передачи и обратной связи БТ с ОЭ

10. Системы параметров транзисторов Z,Y,H