Литература / (тоже супер) физосновы для экз

ходе Uк = –0,7 В. Это режим насыщения, при котором через оба перехода транзистора происходит инжекция носителей заряда, причем ток инжекции в коллекторном переходе равен по значению и противоположен по направлению току экстракции коллекторного перехода αIэ (иначе результирующий ток коллектора, равный сумме этих двух токов, не был бы равен нулю). Так как значение α почти равно единице, ток инжекции коллекторного перехода почти равен 7 мА.

Задача 3.25. Почему с ростом эмиттерного тока точка пересечения графика выходной ВАХ (см. рис. 3.72б) с осью абсцисс перемещается влево?

Р е ш е н и е. На участке насыщения (область I на рисунке 3.72б) имеет место инжекция двух переходов, включенных навстречу друг другу. Рост эмиттерного тока сопровождается ростом напряжения Uэ. Соответственно, чтобы создать ток инжекции коллектора, способный скомпенсировать возросший эмиттерный ток, надо увеличить прямое напряжение на коллекторном переходе.

Задача 3.26. На какой из вольт-амперных характеристик транзистора с общей базой заметнее проявляется эффект модуляции толщины базы?

Р е ш е н и е. На входной характеристике

Iэ = f(Uэ ) Uк =const (см. рис. 3.72а) эффект модуляции толщины базы хорошо заметен в виде сме-

щения ВАХ вверх и влево при возрастании коллекторного напряжения от 0 до 20 В. На выходной характеристике транзистора с общей базой (см. рис. 3.72б) эффект модуляции толщины базы в виде наклона кривых на активном участке практически незаметен.

Задача 3.27. Прямой ток эмиттера n-p-n- транзистора составляет Iэ = 2 мА, коллекторная

цепь разорвана. Определить напряжение на эмиттерном и коллекторном переходах и напряжение «эмиттер — коллектор», полагая Iко = 2 мкА, Iэо = 1,6 мкА; α = 0,98. В каком режиме работает транзистор?

Р е ш е н и е.

1. Через эмиттерный переход течет прямой ток, известен его и обратный ток. Прямое падение напряжения находим по известной формуле:

(плюс — к базе, минус — к эмиттеру).

2. Внешняя коллекторная цепь оборвана, значит, суммарный ток через коллекторный переход равен нулю. Это возможно, когда коллектор инжектирует ток, равный току эмиттера, который экстрагируется коллектором, т. е. когда Iк инж = αIэ. Тогда с учетом Iко можно найти напряжение на переходе «база — коллектор»:

= 0,025 6,888 ≈ 0,179 В

(минус — к коллектору).

Напряжение «эмиттер — коллектор» равно разности напряжений Uк и Uэ:

Uкэ = Uк – Uэ = –0,179 – (–0,185) = 0,006 В.

Транзистор работает в режиме глубокого насыщения (Uкэ ≈ 0, Uк < 0).

Задача 3.28. На рисунке 3.73 изображены входные и выходные характеристики транзистора с общим эмиттером (ОЭ). Какого типа данный транзистор? Покажите на характеристиках области, соответствующие активному режиму, режиму насыщения и режиму отсечки.

Рис. 3.73

Входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора

собщим эмиттером

Ре ш е н и е. Вольт-амперные характеристики на рисунке 3.73 принадлежат транзистору n-p-n-типа. Для того чтобы его эмиттерный переход был открыт, на базу подается положительное напряжение. На коллекторный переход также подается положительное напряжение. При Uкэ < Uбэ имеет место режим насыщения, когда оба перехода открыты. Этот режим лежит в об-

ласти Uкэ < 1 В.

При Uкэ ≥ 1 В напряжение между коллектором и базой становится положительным, коллекторный переход закрывается, транзистор переходит в активный режим (эмиттер инжектирует носители, коллектор их экстрагирует).

Режим отсечки соответствует области выходной ВАХ, лежащей ниже характеристики, снятой при Iб = 0. В этом режиме оба перехода закрыты.

Задача 3.29. Для транзистора, вольт-амперные характеристики которого даны на рисунке 3.73, определить основные параметры малосигнальной Т-образной схемы замещения для включения ОЭ (рис. 3.74), справедливой для низких и средних частот.

=(10,4 − 7,6) 10−3 /(0,4 − 0,3) 10−3 = 28.

2.Дифференциальное сопротивление закрытого коллекторного перехода для включения ОЭ

находим по треугольнику приращений в окрестности точки а выходной ВАХ (Iб = 0,3 мА):

rк = 4 /(0,4 10−3 ) = 10 103 = 10 КОм.

3. Сопротивление открытого эмиттерного перехода rэ и объемное сопротивление базы rб находим через входное сопротивление транзистора ОЭ, как это делалось в задаче 3.22, в окрестности точки в на входной ВАХ (рис. 3.73а):

Току базы Iб = 0,45 мА соответствует ток эмиттера Iэ = (1 + β)Iб = 0,45 29 ≈ 12,5 мА, откуда следует, что дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода в этом режиме равно:

rэ ≈ ϕT/Iэ = 0,025/(12,5 10–3) = 2 Ом.

Теперь можно оценить объемное сопротивление базы:

rб = rвх – rэ(1 + β) = 200 – 2(1 + 28) = 142 Ом.

Задача 3.30. Как найти обратный ток коллекторного перехода Iко транзистора при включении с общей базой, если имеется его выходная вольтамперная характеристика для включения с общим эмиттером (ОЭ)?

Р е ш е н и е. При токе базы Iб = 0 через коллектор течет сквозной тепловой ток Iко. На выходной ВАХ (см. рис. 3.73б) этот ток равен 0,25 мА (примерное значение Iк при Iб = 0). Известно соотношение

Iко = Iко (1+ β),

где Iко — обратный ток коллекторного перехода транзистора с общей базой (ОБ). Следовательно,

Iко = Iко /(1+ β) = 0,25 10−3 /(1+ 28) ≈ 8,6 мкА.

лекторный — обратно. Поэтому в выражении для токов и напряжений в p-n-переходе будем считать Uэ положительным, а Uк отрицательным.

1. Найдем ток эмиттера:

Iэ = Iэо (eUэ /ϕT − 1) = 10−12 (e0,62/0,025 − 1) ≈ 58,95 мА.

2. Определяем ток коллектора:

Iк = αIэ − Iко (eUк /ϕT − 1) =

=0,995 58,95 10−3 − 10−12 (e−5/0,025 − 1) ≈ 58,66 мА.

3.Токи эмиттера и базы связаны соотношением

Iб = (1 – α)Iэ,

отсюда

Iб = (1 – 0,995) 58,95 = 0,29 мА.

4. Напряжение Uкэ есть разность потенциалов:

Uкэ = Uк – Uэ = 5 – (–0,62) = 5,62 В.

Задача 3.32. В биполярном транзисторе, имеющем обратный ток коллекторного перехода Iко = 10–8 А, текут токи Iб = 20 мкА и Iк = 1 мА. Определить сквозной тепловой ток Iко и сопротивление эмиттерного перехода.

Р е ш е н и е.

1. Сквозной тепловой ток (ток коллектора при оборванной базе) Iко определяется соотношением:

Iко = Iко (1+ β).

Находим коэффициент передачи тока базы:

Отсюда

Iко = 1 10−8 (50 + 1) = 0,51 мкА.

2. Дифференциальное сопротивление открытого эмиттерного перехода находим как функцию прямого тока через этот переход:

rэ ≈ ϕT/Iэ,

где ϕT = 0,025 мВ — температурный потенциал при T = 20°C;

Iэ = Iб(1 + β) = 20 10 –6(1 + 50) = 1,02 мА.

Следовательно,

rэ ≈ 0,025/(1,02 10–3) ≈ 24,5 Ом.

Задача 3.33. По известным h-пара- метрам транзистора ОБ, представленного ввидечетырехполюсника (рис. 3.76), найти дифференциальные параметры его Т-образной схемы за-

мещения. Дано: h11Б = 30 Ом; h21Б = 0,97; h22Б = 1 мкСм; Uкб = –5 В; Iэ = 1 мА.

Р е ш е н и е. Для транзистора ОБ связь между h-параметрами и параметрами Т-образной схемы замещения определяется выражениями:

h11б ≈ rэ + rб(1 – α);

h21б ≈ α; h22б ≈ 1/rк;

h12б ≈ rб/(rб + rк).

1. По току Iэ находим rэ:

rэ ≈ ϕT/Iэ = 0,025/(1 10 –3) = 25 Ом.

Поэтому

rб = (h11б – rб)/(1 – α) = (30 – 25)/(1 – 0,97) ≈ 166 Ом.

2. Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода есть обратная величина проводимости со стороны коллектора:

rк ≈ 1/h22б = 1/(1 10–6) = 106 Ом.

Задача 3.36. Определить характер зависимости параметра h21э от режима по выходным характеристикам транзистора (рис. 3.78б).

Ре ш е н и е. Параметр h21э зависит от тока Iк

иот напряжения Uкэ.

1. Зависимость h21э от тока Iк находим при постоянном напряжении «коллектор — эмиттер».

Пусть Uкэ = 10 В. Построим график h21э = f(Iк) (рис. 3.79а). Из графика видно, что с ростом тока Iк параметр h21э уменьшается.

2. Определим зависимость h21э от Uкэ при постоянном токе базы Iб = 400 мкА. Как следует из графика h21э = f(Uкэ) (рис. 3.79б), с ростом Uкэ параметр h21э растет.

Рис. 3.78

Входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора

Рис. 3.79

Графики зависимости параметра h21э от тока Iк (а) и напряжения Uкэ (б)

Задача 3.37. Биполярный транзистор имеет следующие справочные данные: h21э = 13–50; fh21Э = 10 МГц. Чему равен его коэффициент передачи в схеме ОЭ на частоте 20 МГц? Можно ли использовать его в схеме усилителя ОБ для работы на частоте 500 МГц? Чему равна предельная частота этого транзистора?

Р е ш е н и е.

1. Параметр h21э — это коэффициент прямой передачи транзистора по току, т. е. h21э ≈ β. Найдем его среднее значение:

β0 = (13 + 50)/2 ≈ 32.

На частоте 20 МГц значение этого коэффициента определяется выражением

где fβ = fh21э — граничная частота транзистора ОЭ. Отсюда находим

β(20 МГц) = 32/ 1+ 20 106 /(10 106 )2 ≈ 14,31. Коэффициент передачи β уменьшается с 32 до

14,31.

2. Граничная частота транзистора ОБ равна: fh21б = fh21э (1+ h21э ) = 10 106 (1+ 32) = 330 МГц.

Значит, использовать этот транзистор для работы в схеме ОБ на частоте 500 МГц нельзя.

3. К такому же выводу приходим, подсчитав значение предельной частоты этого транзистора:

fT ≈ h21эfh21э ≈ 32 10 10−6 ≈ 320 МГц.

Задача 3.38. Найти изменение коэффициента передачи тока базы и изменение фазы выходного тока транзистора ОЭ на частоте 150 КГц, если граничная частота этого транзистора для схемы ОЭ составляет 100 КГц.