
- •1.1 Полупроводник, виды проводимости в полупроводнике, рекомбинация в полупроводнике.
- •1.2 Образование p–n перехода, его свойства, вольтамперная характеристика.
- •2 Полупроводниковые диоды.
- •2.2 Выпрямительный диод
- •2.3 Высокочастотный диод
- •2.4 Импульсный диод
- •2.5 Стабилитрон
- •2.6 Стабистор
- •2.7 Варикап
- •3. Транзисторы
- •3.1 Типы транзисторов, классификация, маркировка транзисторов
- •3.2 Биполярные транзисторы
- •3.2.2 Схемы включения биполярного транзистора
- •3.2.3 Вольтамперные характеристики биполярного транзистора.
- •3.2.5 Коэффициенты усиления биполярного транзистора.
- •Параметры биполярного транзистора.
- •3.2.8 Составной биполярный транзистор.
- •3.3 Полевой транзистор.
- •3.3.1. Понятие, элементы и типы полевых транзисторов.
- •3.3.3 Условные обозначения и схемы включения полевых транзисторов.
-
Параметры биполярного транзистора.
Все параметры биполярного транзистора подразделяются на первичные, вторичные и электрические.
Первичные
параметры
характеризуют связь между постоянными
составляющими тока и напряжения в
транзисторе. К ним относятся резистивные
элементы схемы замещения транзистора
Вторичные параметры характеризуют связь между переменными составляющими токов и напряжений на входе и выходе транзистора. В этом случае транзистор рассматривается как четырёхполюсник и для оценки его свойств используется система уравнений формы Н. В области частот до сверхвысокочастотного диапазона вторичные параметры обозначаются через малые h. Тогда система уравнений формы h в приращениях принимает вид:
В тех случаях, когда ток или напряжение не изменяются (имеют постоянное значение) очевидно, что их приращение равно нулю. Исходя из этого рассмотрим физические свойства h-параметров. При неизменном выходном напряжении его приращение равно нулю
Тогда
из первого уравнения системы находим
:
Из
полученного соотношения видно, что
есть величина динамического входного
сопротивления транзистора при неизменном
значении выходного напряжения.
Из
второго уравнения находим
:
Видно,
что
является
коэффициентом усиления по току при
неизменном выходном напряжении. При
неизменном входном токе его приращение
равно нулю:
При
выполнении этого условия из первого
уравнения находим
:
Из
полученного соотношения видно, что
является обратной величиной коэффициента
усиления по напряжению при неизменном
входном токе.
Из
второго уравнения находим
:
Из
полученного соотношения видно, что
представляет выходную динамическую
проводимость или равно обратному
значению выходного динамического
сопротивления.
Для
различных схем включения транзистора
-параметры
имеют различные значения и могут быть
определены с помощью семейств входных
и выходных статических характеристик.
Рассмотрим как это делается для наиболее
распределённой схемы включения
транзистора с общим эмиттером.
Предварительно представим
-
параметры через токи и напряжения
транзистора, включённого по схеме с
О.Э. : для того, чтобы подчеркнуть, что
-параметры
относятся к схеме с О.Э. рядом с индексом
ставится буква “Э”:
;
;
;
.
На
рисунке 3.20 представлены семейства
входных и выходных статических
характеристик для транзистора, включенного
по схеме с О.Э., с помощью которых будем
определять
-параметры.
Параметр
определяется с помощью семейства входных
статических характеристик.
Рисунок
3.20 – Семейства статических входных
(а) и выходных (б) характеристик транзистора
в схеме с общим эмиттером для определения
-параметров
Для
этого выбирается статическая
характеристика, снятая при коллекторном
напряжении, близком или равном напряжению,
при котором работает транзистор в схеме.
Для примера выберем характеристику,
снятую при коллекторном напряжении
.
На этой характеристике берем отрезок
(точки 1-2), для него находим
и
.
Взяв отношение этих величин, находим
.
Если известно при каком базовом токе
или базовом напряжении работает
транзистор, то отрезок участка на
характеристике берётся в окрестности
этих значений.
Параметр
так же определяется по семейству входных
статических характеристик. Это параметр
определяется при условии, что ток базы
не изменяется. Для этого выбирается
значение тока базы, близкое к рабочему
значению и проводится горизонтальная
линия до пересечения с вольтамперными
характеристиками. Берутся две точки на
двух характеристиках (точки 3 и 4) и для
них находим
(как показано на рисунке). Величина
определяется, как разница коллекторных
напряжений, при которых сняты В.А.Х. с
точками 3 и 4:
Отношение
найденных приращений напряжений даёт
значение
-коэффициента усиления по напряжению.
Параметр
определяется с помощью семейства
выходных статических характеристик,
при неизменном значении напряжения на
коллекторе. Поэтому отмечаем напряжение
и проводим вертикальную линию до
пересечения с вольтамперными
характеристиками. Выбираем две
характеристики с которыми пересекалась
эта вертикаль (точки 1 и 2). Каждой из этих
точек соответствует определённый
коллекторный ток. Вычитая из большого
значения коллекторного тока меньшее
значение определяем величину
.
Каждая из характеристик, на которой
лежат точки 1 и 2 снималась при определённых
значениях токов базы. Вычитая из большего
меньшее значение тока базы находим
.
В нашем случае:
Берём
отношение найденных приращений токов
и находим значение
-
коэффициент усиления тока.
Определение
так же осуществляется с помощью семейства
выходных статических характеристик.
Этот параметр определяется при неизменном
значении тока базы
.
Для определения
выбирает одна характеристика из семейства
выходных характеристик, снятая при
определённом значении тока базы
.
Для примера выбрана характеристика,
снятая при базовом токе
.
На этой характеристике выбираем отрезок
(точки 3 и 4). Этому отрезку соответствует
определённое приращение коллекторного
тока
и определённое приращение коллекторного
напряжения
.
Берём отношение этих величин и находим
.
Электрические параметры транзистора:
1. Предельная частота усиления по току. С увеличением частоты ухудшаются усилительные свойства транзистора по току – коэффициент усиления по току уменьшается. Это объясняется инерционностью носителей заряда и наличием барьерных емкостей в p-n переходах. Так как с увеличением частоты сопротивление конденсатора уменьшается, то барьерные емкости с увеличением частоты закорачивают отдельные участи цепи. В схемах замещения транзисторов, включенных по схеме с О.Б. и с О.Э., барьерная емкость коллекторного перехода подключена параллельно генератору тока. С увеличением частоты уменьшается сопротивление этой емкости и часть тока генератора замыкается на барьерной емкости, что ведёт к уменьшению тока коллектора. В схеме включения транзистора с О. Э. процесс уменьшения коэффициента усиления по току усугубляется еще тем, что эмиттерная барьерная емкость включена параллельно входной цепи (смотрите схему замещения рисунок 3.19) и с увеличением частоты закорачивает её. Поэтому снижение коэффициента усиления по току в схеме с О. Э. происходит на более низких частотах, чем в схеме с О. Б. На рисунке 3.21 показаны зависимости относительных значений коэффициентов усиления по току от частоты при включении транзисторов по схемам с О. Э. и с О. Б..
Рис. 3.21 Зависимости относительных значений коэффициентов усиления по току от частоты при включении транзисторов по схемам с общим эмиттером и с общей базой
Здесь
- коэффициент усиления по току на нулевой
частоте.
Предельной
частотой усиления по току
(или
)
называется
частота, при которой коэффициент усиления
по току (
или
)
уменьшается в
раз (на 3 дБ) по отношению к своему значению
на низких частотах. На рис. 3.21 показано
определение предельной частоты для
транзистора, включенного по схеме с О.
Б. (
)
и с О. Э. (
).
2. Максимальная частота генерации. При построении автогенераторов (устройств, способных самовозбуждаться и создавать периодические колебания при отсутствии внешнего входного сигнала) необходимо, чтобы коэффициент усиления по мощности транзистора был больше единицы. Когда коэффициент усиления по мощности будет меньше единицы (при Кр < 1), транзистор вырождается в пассивный четырехполюсник. При частоте выше предельной частоты усиления по току в определенном интервале частот транзистор обладает коэффициентом усиления по мощности больше единицы. В этом интервале частот он может использоваться для построения автогенераторов.
Максимальной
частотой генерации ()
называется
такое значение частоты, при которой
транзистор еще способен генерировать
колебания в схеме автогенератора.
Максимальная
частота определяется по формуле:
В
этой формуле в зависимости от схемы
включения в качестве предельной частоты
берется
для схемы включения О. Б. или
для схемы включения О. Э. и определяется
для соответствующей схемы включения.
3. Обратный ток коллектора Iко - ток через p – n переход коллектора при обратном напряжении на коллекторном переходе. Он имеет место в транзисторе при нулевом базовом токе.
4. Ёмкость коллекторного перехода Ск - измеряется между выводами коллектора и базы при разомкнутой цепи коллектора и имеет значение от единиц до сотен пикофарад. Коллекторная емкость негативно сказывается на показателях работы транзистора, как в усилительном, так и ключевом режимах.
5.
Допустимая мощность рассеивания
коллектора
- ()
мощность, рассеиваемая транзистором и
создающая такой тепловой режим, при
котором не изменяются электрические
свойства транзистора.