Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

ЭЛЕКТРО / Лекция 4 Характеристики и параметры биполярного транзистора

.doc
Скачиваний:
34
Добавлен:
12.02.2015
Размер:
212.99 Кб
Скачать

1.3. Характеристики и параметры биполярного транзистора

в схеме ОЭ

Биполярный транзистор описывается в первую очередь семейством входных и выходных характеристик. Эти характеристики называют статическими, поскольку их снимают при отсутствии в цепях транзистора резисторов и относительно медленных изменениях токов и напряжений. Входными называют семейство вольт-амперных характеристик входной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений напряжения выходной цепи. Выходными называют семейство вольт-амперных характеристик выходной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений входного тока. Как видно из рис.1.7, каждой схеме включения соответствует определенное сочетание входных и выходных токов и напряжений. Поэтому вид и входных и выходных характеристик транзистора будет определяться схемой его включения.

Типичные входная и выходная статические характеристики транзистора типа n-p-n для схемы включения ОЭ представлены на рис.1.8 и 1.9. Характеристики транзистора типа p-n-p аналогичны, но значения напряжений U и U - отрицательные.

Входная характеристика транзистора в схеме ОЭ – это семейство зависимостей IБ (U), построенных при постоянных значениях напряжения U. Однако, как видно из рис.1.8, приводятся две зависимости: одна для U = 0, а другая для значения напряжения U, соответствующего центру рабочего интервала значений данного параметра. Это связано с тем, что вольт-амперные характеристики входной цепи для рабочего интервала значений U практически не отличаются друг от друга. В данном случае зависимость IБ (U) по существу является вольт-амперной характеристикой эмиттерного p-n перехода, поскольку коллекторный переход находится в закрытом состоянии. При U= 0, кроме эмиттерного, открытым будет и коллекторный переход, зависимость IБ (U) представляет собой вольт-амперную характеристику уже двух переходов, включенных параллельно (токи эмиттера и коллектора суммируются в базе).

Рис.1.8. Входная характеристика Рис.1.9. Выходная характеристика биполярного транзистора биполярного транзистора

Выходная характеристика транзистора в схеме ОЭ, как видно из рис.1.9, - это семейство зависимостей I(U), построенных для ряда значений тока IБ. Каждая вольт-амперная характеристика имеет три участка: начальный, на котором происходит резкое увеличение коллекторного тока при подъеме напряжения U; рабочий участок, где коллекторный ток незначительно увеличивается при увеличении напряжения U, при этом зависимость I (U) – линейная; участок пробоя коллекторного перехода. Резкое увеличение коллекторного тока в начале вольт-амперной характеристики соответствует закрытию коллекторного перехода, когда по абсолютному значению напряжение U становится больше напряжения U и обеспечивается перенос рабочих носителей заряда из базового слоя в коллекторный. При этом увеличение тока базы (при увеличении напряжения база-эмиттер) обусловлено увеличением поступления рабочих носителей заряда из эмиттерного слоя в базовый.

Соотношения (1.1) и (1.2) позволяют получить выражение для рабочих участков выходной характеристики.

I = β IБ + I. (1.3)

В этом выражении I = I - является начальным током транзистора в схеме ОЭ, который получается при IБ = 0. Параметр β = - коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, который характеризует усиление транзистора по току. Поскольку значение α составляет 0,9 – 0,99, величина параметра β обычно находится в пределах 9 – 99.

Соотношение (1.3) правильно отражает линейное увеличение коллекторного тока при увеличении тока базы, но не передает зависимость тока I от напряжения U. Последнее учитывается введением в соотношение (1.3) дополнительного слагаемого, после чего оно принимает вид

I = β IБ + + I, (1.4)

где r - дифференциальное сопротивление выхода транзистора в схеме ОЭ.

Область значений выходных параметров, при которых допускается эксплуатация транзистора, называется рабочей. Границы этой области, показанной на рис.1.9, определяются тремя факторами:

  • максимальным значением напряжения U, превышение которого приводит к электрическому пробою коллекторного p-n перехода;

  • максимальным значением коллекторного тока I, превышение которого приводит к перегреву эмиттерного p-n перехода;

  • максимальным значением мощности, рассеиваемой в коллекторном переходе, Р, превышение которого приводит к перегреву этого перехода. На рис.1.9 последнему фактору соответствует гипербола

I U = Р.

В маломощных транзисторах значение Р не превышает 0,3 Вт, в транзисторах средней мощности – 3 Вт. Современные транзисторы высокого уровня мощности обеспечивают рассеяние мощности до 100 Вт.

Внутри рабочей области транзистор обычно эксплуатируется в составе усилителей. Начальный участок вольт-амперной характеристики, где происходит резкое увеличение коллекторного тока, используется в устройствах импульсной техники при работе транзистора в ключевом режиме.

Как отмечалось, в рабочей области коллекторный ток весьма слабо зависит от напряжения U. Кроме того, из хода вольт-амперной характеристики входной цепи видно, что малому изменению напряжения U соответствует большое изменение базового тока. Из этого следует целесообразность установки электрического режима транзистора по величинам тока базы и напряжения коллектор-эмиттер, т.е. их выбора в качестве параметров режима прибора. В таком качестве они используются при построении статических характеристик: входные характеристики строятся для ряда значений напряжения U, а выходные – для ряда значений тока IБ.

1.4. Схемы замещения биполярного транзистора

При расчетах электрических цепей с транзисторами реальный прибор заменяется схемой замещения, которая может быть либо бесструктурной, либо структурной. В первом случае транзистор представляется в виде эквивалентного четырехполюсника, во втором – в виде эквивалентной схемы, отражающей физические связи между ее элементами.

Хотя транзистор является нелинейным элементом, но как видно из рис.1.8 и 1.9, на входной и выходной характеристиках можно выделить участки, где зависимости между токами и напряжениями близки к линейным. Такие участки находятся внутри рабочей области. Поэтому транзистор, параметры которого соответствуют рабочей области, можно заменить эквивалентным четырехполюсником, линейными соотношениями которого связываются не значения его входных и выходных токов и напряжений, а величины приращений данных параметров. Поскольку электрический режим биполярного транзистора в схеме ОЭ определяется входным током I Б и выходным напряжением U, величины приращений его параметров целесообразно связать через h-параметры:

Δ U = h Δ I Б + h Δ U, (1.5)

Δ I = h Δ I Б + h Δ U. (1.6)

Из соотношения (1.5) при Δ U = 0 следует

h= , (1.7)

а при Δ I Б = 0

h =. (1.8)

Аналогичным образом из соотношения (1.6) можно получить

h =, (1.9)

h=. (1.10)

Согласно соотношениям (1.7) – (1.10)

h является входным сопротивлением транзистора при постоянном значении напряжения U;

h - коэффициент обратной связи по напряжению;

h - коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, характеризующий усилительные свойства транзистора при постоянном значении напряжения U;

h - выходная проводимость транзистора при постоянном токе базы.

Дифференцирование соотношения (1.4) при условии U = const показывает, что

h = β. (1.11)

Значения h-параметров транзистора рассчитываются, если известны входные и выходные характеристики. Обычно величина параметра h находится в пределах от нескольких сот до единиц тысяч Ом, а величина параметра h - в пределах 10 - 10-4 См. Величина параметра h практически равна нулю.

В соответствии с рис.1.7,б эквивалентную схему транзистора можно представить в виде Т-образной схемы. Такая простейшая схема для случая включения транзистора с ОЭ приведена на рис.1.10, где приращения токов и напряжений обозначаются как iБ, iК, uБЭ, uКЭ. Для рабочей области прибора параметры элементов схемы можно считать постоянными величинами.

Левая часть эквивалентной схемы транзистора отражает эмиттерный переход, находящийся в открытом состоянии. Поэтому в соответствии со схемой замещения p-n перехода (при ключе К на рис.1.4 в положении «а») резистор rЭ представляет собой сопротивление открытого перехода, величина которого невелика и лежит в пределах от единиц до нескольких десятков Ом. Резистор rБ представляет сопротивление базового слоя, величина которого определяется входным сопротивлением прибора, поскольку сопротивление rЭ мало. Правая часть схемы рис.1.10 отражает коллекторный переход, находящийся в закрытом состоянии. Согласно схеме рис.1.4 (при ключе К в положении «б») он представляется параллельным соединением сопротивления rК(Э) и емкости СК. Кроме того, параллельно им включен источник тока βiБ, отражающая факт переноса рабочих носителей заряда в коллекторный слой. На низких частотах емкостное сопротивление велико и шунтирующим действием емкости СК на источник тока βiБ можно пренебречь, в связи с чем подключение емкости СК на рис.1.10 обозначено пунктиром.

Рис.1.10. Эквивалентная схема биполярного транзистора

Согласно эквивалентной схеме рис.1.10 с учетом малой величины сопротивления rЭ приращение коллекторного тока

,

что находится в соответствии с соотношением (1.4), поскольку при небольших изменениях электрического режима транзистора величина обратного тока IК(0) практически не изменяется. Это подтверждает обоснованность введение второго слагаемого в правую часть соотношения (1.4). Нетрудно также убедиться, что согласно (1.10)

r = .

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке ЭЛЕКТРО