Твердотельная електроника / Tverdotila_elektronika

Зв'язок між h-параметрами для різних схем увімкнення БТ

На практиці часто виникають задачі визначення параметрів БТ у заданій схемі ввімкнення за відомими параметрами з іншої схеми. З цією метою використовують таблицю перерахунку (табл. 3.4).

Таблиця 3.4

3.2.7 Фізичні параметри та еквівалентні схеми біполярних транзисторів

Застосування h - параметрів іноді супроводжується значними труднощами, оскільки кожній схемі ввімкнення БТ відповідають свої h -параметри. Значно простіше при аналізі транзисторних схем використовувати фізичні еквівалентні схеми транзисторів, які містять у собі фізичні (реальні) параметри БТ.

На рисунку 3.38 показано Т - подібну фізичну еквівалентну схему транзистора зі спільною базою (для низьких частот).

119

Б

Рисунок 3.38 – Т-подібна еквівалентна схема БТ у ССБ

На схемі рисунка 3.38

rr r .

ÁÁ Á

області бази, який значно більший, ніж опори ЕП та емітерної області. Значення цього опору зростає зі зменшенням ширини бази, тому що зменшується ймовірність рекомбінації в базі, і, отже, основна частина струму бази IÁðåê також зменшується. Частина вхідної

120

напруги, прикладена до ЕП, спадає на опорі r , і це знижує

Á

ефективність керування струмом у транзисторі.

Дифузійний опір бази r відображає вплив колекторної

Á

напруги на ширину бази внаслідок зміни товщини КП. Нехай, наприклад, напруга на колекторі збільшилася. Це приводить до зменшення ширини бази. Оскільки напруга U EÁ не змінилася, то струм емітера має залишитися

постійним. Проте він збільшується внаслідок зростання градієнта концентрації дірок у базі (див. рис. 3.19). Для збереження IE const потрібно зменшити концентрацію

дірок PÁE біля ЕП, тобто зменшити напругу на ЕП. Щоб напруга на ЕП зменшилася при незмінній напрузі U EÁ , опір

бази має зрости на деяку величину r (див. рис. 3.38).

Á

Для ССЕ Т-подібна еквівалентна схема БТ має вигляд, показаний на рисунку 3.39. Ця схема також досить точно описує властивості приладу в діапазоні низьких частот.

Рисунок 3.39 – Т-подібна еквівалентна схема БТ у ССЕ

Значення параметрів Т-подібних фізичних еквівалентних схем залежить від обраного режиму транзистора і не залежить від схеми його ввімкнення.

Безпосереднє вимірювання фізичних параметрів БТ неможливе, бо точка з’єднання опорів rÁ , rE і rK

121

знаходиться всередині кристала напівпровідника. Тому ці параметри розраховуються за допомогою формул, які зв’язують фізичні параметри з h -параметрами БТ (таблиця 3.5).

Таблиця 3.5

Фізичні параметри БТ залежать від режиму роботи і температури. Розглянемо залежності, що ґрунтуються на таких формулах:

122

формулою (3.52). Опір rK також обернено пропорційний до

123

I Å . При збільшенні I Å опір активної області бази rÁ

зменшується, і сумарний опір бази визначається здебільшого пасивними областями.

Залежність f (IE ) відома з попереднього матеріалу. Щоб зміна при зміні струму I Å була помітніша, на

Залежність фізичних параметрів від напруги U KÁ показана на рисунку 3.41.

Рисунок 3.41 - Залежність фізичних параметрів БТ від колекторної напруги

а потім зменшується внаслідок ударної іонізації і множення носіїв у запірному шарі, а також за рахунок процесів поверхневого витоку. Залежність опору rÁ від напруги U KÁ

зумовлюється модуляцією активної ширини бази: при збільшенні U KÁ зменшується ширина бази, зменшується ймовірність рекомбінації неосновних носіїв і зменшується

124

базовий струм, тобто дещо зростає базовий опір rÁ . Залежність f (U ÊÁ ) відома з попереднього матеріалу.

Залежність фізичних параметрів БТ від температури показана на рисунку 3.42.

Рисунок 3.42 - Залежність фізичних параметрів БТ від температури

Опір БТ rE згідно з формулою (3.52) лінійно залежить

від температури. Коефіцієнт передачі струму збільшується під час нагрівання, оскільки час життя носіїв зростає при збільшенні температури (і тому зростає дифузійна довжина дірок у базі LpÁ і збільшується

коефіцієнт перенесення - див. формулу (3.7)).

Опір rK спочатку при підвищенні температури зростає

згідно з формулою (3.54), що забезпечується збільшенням, а потім дещо зменшується внаслідок поверхневого витоку та ударної іонізації. Опір бази rÁ спочатку зростає, оскільки зростає середній час життя носіїв, і, отже, зменшується струм I Á . Згодом, при кімнатній температурі

за рахунок процесів термогенерації у слабколегованій базі збільшується концентрація основних носіїв, і опір бази стає меншим.

125

3.3 Робота біполярного транзистора у динамічному режимі

Під час роботи БТ у різних електронних схемах до його вхідного кола находять сигнали у формі змінної напруги, яка змінює вхідний та вихідний струм приладу. У цьому разі БТ працює в динамічному режимі: зміна струму колектора I K у транзисторі відбувається внаслідок одночасної зміни

вхідного струму ( I E або I Á ) і напруги на колекторі (U ÊÁ або U ÊE ). Основним різновидом динамічного режиму БТ є підсилювальний режим.

3.3.1 Принцип дії підсилювального каскаду на біполярному транзисторі

Схема зі спільною базою

Схема транзистора підсилювача зі спільною базою зображена на рисунку 3.43.

Рисунок 3.43 – Підсилювальний каскад зі спільною базою

За відсутності вхідного сигналу (Uâõ 0 ) у вхідному колі БТ діє напруга спокою UÅÁ0 , створена за рахунок джерела ÅÅ , і протікає струм IE0 - емітерний струм

126

спокою. У вихідному колі діють відповідно напруга UÊÁ0

U ÅÁ EE Umâõ sin t .

Часові діаграми напруги і струмів каскаду показано на рисунку 3.44. Оскільки БТ працює в активному режимі, разом зі зміною U ÅÁ змінюватимуться емітерний I E ,

колекторний I K струми, а також напруга на колекторі U ÊÁ (рис. 3.44). Колекторна напруга змінюється за законом

UKÁ EE IK0 RK RK ImK sin t .

З діаграм видно, що вхідна U âõ і вихідна Uâuõ напруги

схеми змінюються у фазі одна відносно іншої (каскад за схемою зі спільною базою не інвертує вхідного сигналу). Амплітуда Uò âuõ може бути більша за амплітуду вхідного

сигналу, якщо відповідно вибрати величину колекторного опору RK , тобто в цьому випадку каскад підсилює напругу. Процес підсилення полягає в перетворенні енергії джерела живлення EK в енергію вихідного сигналу. При цьому транзистор відіграє роль своєрідного регулятора, який керує струмом джерела EK . Величина і форма вихідної напруги залежать не тільки від величини і форми вхідного сигналу, величини RK , але й від вибору положення початкової робочої точки на характеристиках БТ (UEÁ0 , IE0 ,UÊÁ0 , IK0 ).

127

Схема зі спільним емітером

Схема транзисторного підсилювача зі спільним емітером показана на рисунку 3.45, а часові діаграми пристрою – на рисунку 3.46. Режим спокою забезпечується

Рисунок 3.45 – Підсилювальний каскад зі спільним емітером

У режимі підсилення вхідного сигналу під час додатного півперіоду вхідної напруги пряма напруга ЕП транзистора зменшується, струм бази I Á та колектора I K також

зменшуються, що викликає збільшення напруги колектора U KE . Якщо робота відбувається на лінійній ділянці

характеристики транзистора, то форми змінних складових струмів бази і колектора збігаються з формою вхідної напруги, а зміна напруги на колекторі, зумовлена змінною складовою колекторного струму, є протифазною відносно вхідної напруги. Отже, схема підсилювального каскаду на БТ зі спільним емітером є інвертувальною схемою. Як випливає з попереднього матеріалу, схема рисунка 3.45 здатна підсилювати не лише напругу, а й струм.

128