28. Основные параметры биполярных транзисторов.
К основным параметрам биполярных транзисторов относятся:
1.Коэффициенты передачи эмиттерного и базового тока.
2.Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода (единицы – десятки Ом)
3.Обратный ток коллекторного перехода при заданном обратном напряжении (единицы наноампер - десятки миллиампер)
4.Объемное сопротивление базы rб' (десятки - сотни Ом).
5.Выходная проводимость h22 или дифференциальное сопротивление коллекторного перехода (доли - сотни мкСм)
6.Максимально допустимый ток коллектора Ik mах (сотни миллиампер десятки ампер).
7.Напряжение насыщения коллектор - эмиттер Ukэ нас (десятые доли – один вольт).
8.Наибольшая мощность рассеяния коллектором Рk mах (милливатт-десятки ватт).
9. Ёмкость коллекторного перехода Сk (единицы - десятки пикофарад).
Для усиления электрического сигнала в цепь транзистора необходимо включить два источника - входного сигнала Е1 и питания Е2. Так как у транзистора есть три вывода (эмиттер, база, коллектор), а два источника питания имеют четыре вывода, то обязательно один из выводов транзистора должен быть общим для обоих источников. Тогда он будет одновременно принадлежать входной и выходной цепям. На основании этого различают три схемы включения транзисторов: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.
29. Схемы включения биполярных транзисторов.
Биполярный транзистор - это полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими р-п-переходами, имеющий три вывода и предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.
Создание биполярного транзистора совершило революцию в электронике и за их разработку американские ученые Дж. Бардин, У. Браттейн и У. Шокли в 1956 г. были награждены Нобелевской премией.
Условные обозначения транзисторов на электрических схемах приведены на рис. 5.1.
а) б)
Б Б
Рис.5.1 Условные обозначения транзисторов p-n-p- и n-p-n-типов (а и б, соответственно). Э - эмиттер, Б - база, К - коллектор
Центральную область называют базой, соседние с базой - эмиттером и коллектором. Как и у диодов эмиттер предназначен для эффективной инжекции основных носителей заряда в базу. Поэтому соответствующий переход между этими областями, называемый эмиттерным, работает в прямом направлении. Переходя в базу носители заряда становятся неосновными. В режиме усиления следующий р-п-переход смещен в обратном направлении и называется коллекторным. Из-за узости базы, попавшие в нее носители заряда, не успевая рекомбинировать, попадают в зону действия электрического поля второго перехода и переходят через него в коллектор. Основное предназначение коллектора – эффективно их собирать.
Схема с общей базой
Рассмотрим схему включения биполярного транзистора с общей базой. На рис. приведена такая электрическая принципиальная схема включения транзистора.
Iэ
VT Iк
E1 RH
Iб E2
Uвых
Основными параметрами, такой схемы включения, являются следующими:
1. Коэффициент усиления по току:
2.Входное сопротивление
3.Коэффициент усиления по напряжению:
4.Коэффициент усиления по мощности:
Для схемы с общей базой значение коэффициента усиления по мощности равняется десяткам - сотням единиц.
Схема с общим эмиттером
Схема включения транзистора с общим эмитором представлена на рис.
В этой схеме источник входного сигнала Е1 включен в прямом направлении по отношению к эмиттерному переходу. Источник питания Е2 включен в обратном направлении по отношению к коллекторному переходу и в прямом по отношению к эмиттерному переходу. Источник входного сигнала Е1 в базовой цепи создает ток Iб. В результате чего происходит инжекция носителей из эмиттерной области в базовую. Часть носителей заряда под действием поля коллекторного перехода перебрасывается в коллекторную область, образуя, таким образом, ток в цепи коллектора Ik, который протекает под действием источника питания Е2 через эмиттер и базу.
Под
выходным напряжением подразумевается
падение напряжения на резисторе нагрузки
RH.
Рис.5.3 Схема включения транзистора с общим эмиттером
Основными параметрами, такой схемы включения, являются следующими:
1. Коэффициент усиления по току:
2. Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером
3. Коэффициент усиления по напряжению:
4. Коэффициент усиления по мощности:
Схема с общим коллектором
Схема включения транзистора с общим коллектором представлена на рис. 5.4. Схема с общим коллектором сигнал не инвертируется и не усиливается по напряжению. В данной схеме сопротивление нагрузки равно величине сопротивления резистора RН; входным током является ток базы Iб; выходным током является ток эмиттера Iэ = Iб+Iк.
Рис.5.4 Схемы включения транзистора с общим коллектором
Основные параметры схемы с общим коллектором:
1. Коэффициент усиления по току:
2. Входное сопротивление:
В этой схеме включения входное сопротивление является наибольшим по сравнению со всеми другими рассмотренными схемами (десятки - сотни кОм).
2. Коэффициент усиления по напряжению
На основе рассмотрения схем включения транзисторов можно сформулировать следующие выводы:
1. Схема с общим эмиттером обеспечивает усиление по напряжению и току. Транзистор, включенный по такой схеме может обеспечить усиление тока базы в сотни раз. Усиление напряжения в данной схеме такое же, как в схеме с общей базой. При этом коэффициент усиления мощности в схеме с общим эмиттером значительно больше, чем в схеме с общей базой.
Схема с общим эмиттером имеет большее входное сопротивлений и меньшее выходное сопротивление, чем в схеме с общей базой.
Отметим, что благодаря указанным преимуществам схема с общим эмиттером имеет более широкое применение на практике.
2. Схема с общей базой, не смотря на меньшее усиление по мощности и меньшее входное сопротивление, чем схема с общим эмиттером, все же находит применение на практике, поскольку она имеет лучшие температурные свойства.
3. Схема с общим коллектором обеспечивает усиление по току и мощности. Однако эта схема не дает усиления по напряжению.
4. Схему с общим коллектором можно использовать для входного каскада усиления из-за её высокого входного сопротивления. Это позволяет не нагружать источник входного сигнала. Необходимо отметить, что такая схема обладает наименьшим выходным сопротивлением.