Лекция 6

Лекция 6.

Схема замещения биполярного транзистора (эквивалентная схема).

При малых амплитудах и сигналах, воздействующих на транзистор, его можно считать линейным элементом и пользоваться следующими схемами замещения:

1) Формальная схема замещения. Транзистор считается линейным четырехполюсником, для описания свойств которого используют одну из шести пар основных уравнений четырехполюсника. Наиболее часто используют уравнения с h-параметрами.

U₁ = h₁₁ I₁ + h₁₂ U₂ (1)

I₂ = h₂₁ I₁ + h₂₂ U₂ (2)

(входное сопротивление четырехполюсника)

(коэф-т передачи обратной связи по напряжению)

(коэф-т передачи по току)

(выходная проводимость в режиме холостого хода во входе)

1) h-параметры легко определяются по входным и выходным ВАХ

транзистора.

2) Они наиболее близки к физическим процессам, протекающим в

транзисторе.

h₁₂ – учитывает влияние напряжения на коллекторе на входное напряжение (эффект Эрли).

h₂₁=I_KB–I_KA/I_б3(B)–I_б2(A)

Формальная схема замещения транзистора составляется по уравнениям (1) и (2).

Эта схема замещения транзистора составляется по физическим моделям. Элементы физической схемы связанны с процессами, протекающими в транзисторе, причем напрямую.

Физическая схема замещения транзистора с ОБ:

Физическая схема замещения транзистора с ОЭ:

Основные параметры физической схемы замещения.

r_э,c_э- элементы, отвечающие за свойства ЭП, который обычно смещен в прямом направлении, а потому: r_э=φ_т/I_{э рт}.

c_э- диффузионная емкость.

r_б- объемное сопротивление области базы.

r_к,c_к- элементы, отвечающие за свойства КП, который обычно смещен в обратном направлении.

r_к- учитывает наклон пологой части ВАХ.(10⁵-10⁶ом)

c_к- барьерная емкость.(c_к<<c_э)

Эквивалентная схема для транзистора с ОЭ составляется аналогично по физической модели. Параметры r_Б,c_Э,r_Э – аналогично параметрам схемы с ОБ, а параметры коллекторного перехода все определяются по-другому.

и потому наклон выходной ВАХ заметен.

- емкость коллекторного перехода транзистора с ОЭ.

βI_Б – источник тока, учитывает передачу входного тока (тока базы) в цепь коллектора.

Параметры физической и формальной схем имеют определенную связь между собой, поскольку относятся к одному транзистору.

,

Зависимость параметров и характеристик от температуры, частоты, и рабочей точки транзистора.

1)От температуры:

Температура оказывает существенное влияние на параметры и характеристики транзистора. Наиболее сильно она влияет на тепловой ток коллекторного перехода. Это влияние приводит к тому, что выходные ВАХ смещаются вверх, особенно это сильно проявляется в схеме с ОЭ, там выходной ток равен:

I_k0^*=(1+β)I_k0

С повышением температуры, за счет роста I_э0 входная ВАХ смещается влево. С ростом температуры возрастают коэффициенты диффузии и дрейфа, что ведет к росту параметров α и β, они возрастают примерно на 1% на градус.

2)Зависимость от положения рабочей точки.

Рабочие точки характеризуются постоянным напряжением и током на коллекторе и эмиттере.

Спад β при малых I_К связан с необходимостью учета рекомбинации в ЭП. Спад β при больших I_К связан с учетом рекомбинации в области базы.

3)От частоты:

Предельно допустимые параметры транзистора.

Это такие значения параметров, которые не должны быть превышены ни при каких режимах эксплуатации, поскольку это ведет к нарушению работоспособности транзистора или существенно ухудшает его надежность.

К предельно допустимым параметрам относятся:

1)J_kmax – приводит к расплавлению.

2)U_кэmax - приводит к пробою.

3)- предельно допустимая мощность, рассеиваемая на коллекторе.(T_{K max}-максимально допустимая температура КП, T_ср-температура окружающей среды, R_{k cp}-тепловое сокр-е между коллектором и окружающей средой.

4)ω_β,ω_α.

Полевые транзисторы.

В них используется лишь один из носителей заряда (p или n). Принцип действия полевого транзистора, основан на эффекте изменения сопротивления канала, под действием поперечного электрического поля, создаваемого напряжением приложенным к выводам транзистора. Управление выходным током осуществляется электрическим полем, создаваемым напряжением, за счет изменения проводящего выходного тока. Часто полевой транзистор сравнивают с переменным сопротивлением управляемым напряжением.

Полевые транзисторы делятся на:

1) С управляющим p-n-переходом.

а)n-канальный

б)p-канальный

2) С изолированным затвором(МДП(Металл-Диэлектрик-Полупроводник), МОП(Металл-Окисел-Полупроводник)).

а)С встроенным каналом:

б)С индуктированным каналом.

Управляющим электродом у полевых транзисторов является затвор. Напряжение, приложенное к нему, позволяет управлять величиной напряжения между истоком и стоком. Большинство полевых транзисторов имеет симметричную структуру, что позволяет менять местами сток и исток.

Полевые транзисторы обладают рядом существенных преимуществ над биполярными:

1) Имеют высокое входное сопротивление. (10⁶-10⁸ом для транзисторов с управляющим p-n-переходом, 10¹⁰-10¹²ом –с МДП)

2) Устойчивы к воздействию ионизирующего излучения.

3) Способны работать при температурах до ≈-197⁰С.

4) Обладают малым уровнем собственного шума.

5) Имеют малую площадь, занимаемую на поверхности полупроводника, что позволяет на их основе изготавливать интегральные схемы с высокой степенью интеграции.