цифровые устройства / лекции / 04_Режимы работы БТ_2025

1. Активный режим

Типовая схема включения транзистора ОЭ

Схема ОЭ наиболее часто используется на практике, так как усиливает как по току, так и по напряжению, а, следовательно, обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности из всех существующих схем.

Главные признаки в активного режима:

Для транзистора справедливы законы Кирхгофа:

IЭ = IБ + IК UКЭ = UКБ +UБЭ

Входная цепь – базовая цепь,

выходная – коллекторная.

Так как ЭП смещен в прямом направлении (от ист. Eб), сопротивление перехода мало.

Поскольку сопротивление ЭП мало, то входная цепь является практически независимой от выходной.

Для входной цепи по 2-му закону Кирхгофа:

Смещение переходов:

•КП - в обратном

•ЭП – в прямом

Полярность напряжений на переходах транзистора

Смещение КП задается

внешними источниками:

•Источником сигнала Eб;

•Источником колл. питания Eк.

Видно, что базовый ток задается внешней цепью практически без влияния транзистора.

Область

режима

насыщения

Данное выражение является уравнением нагрузочной линии (прямой) по постоянному току, которая строится на выходных характеристиках транзистора.

EК = IК RК +UКЭ

Данная прямая, как и любая прямая, строится по двум точкам:

1. IК = 0; UКЭ = EК

Прямая представляет собой траекторию движения

рабочей точки (р.т.). При любом режиме работы транзистора р.т. лежит на нагрузочной прямой и характеризуется парой значений Uкэi и Iкi, однозначно связанных между собой.

Если разорвать цепь с источником Eб, то рабочая точка

помещается в положение, обозначенное т. А (Iб=0), что

соответствует режиму отсечки.

Область

режима

насыщения

Данное выражение является уравнением нагрузочной линии (прямой) по постоянному току, которая строится на выходных характеристиках транзистора.

EК = IК RК +UКЭ

Данная прямая, как и любая прямая, строится по двум точкам:

1. IК = 0; UКЭ = EК

Прямая представляет собой траекторию движения

рабочей точки (р.т.). При любом режиме работы транзистора р.т. лежит на нагрузочной прямой и характеризуется парой значений Uкэi и Iкi, однозначно связанных между собой.

Если разорвать цепь с источником Eб, то рабочая точка

помещается в положение, обозначенное т. А (Iб=0), что

соответствует режиму отсечки.

Восстановим базовую цепь и выставим параметры входной цепи таким образом, чтобы ток базы стал больше нуля Iб1>0. Рабочая точка перемещается в т. В с координатами (Uкэв, Iкв)

– активный режим

Область

режима

насыщения

Величина тока базы Iб задается лишь внешней цепью

Iб=Eб/Rб и может меняться изменением Eб либо Rб, в последнем случае последовательно с Rб ставится переменный резистор.

Увеличивая прямой базовый ток Iб, мы перемещаем рабочую точку вверх по нагрузочной прямой, причем раб. точка будет последовательно принимать значения Uкэi, Iкi. Увеличение Iб

вызывает увеличение коллекторного тока, т.е.:

Перемещение раб. точки вверх по нагрузочной прямой может происходить до точки пересечения нагрузочной прямой (т. С) и линии критического режима.

При достижении рабочей точкой линии критического режима Uкб=0, т.е. КП теряет обратное смещение Uкэ=Uбэ=Uкн (справ. параметр, иногда указывается).

Значение Uкб=0 является физическим критерием

наступления границы режима насыщения

2. Режим насыщения

Полярность напряжений на переходах транзистора

Как только Iб превысит Iбн транзистор переходит в так называемый режим насыщения, характеризующийся нарушением линейной зависимости Iб и Iк.

В базе транзистора появляется избыточный заряд, т.к. носители не успевают перескочить через коллекторный переход и накапливаются в базе.

Своим зарядом избыточные носители в базе создают напряжение, которое является прямым для КП.

Чем больше базовый ток Iб превышает Iбн, тем больше избыточный заряд и тем больше прямое напряжение на КП, => Uкэн = Uкн = Uбэ −Uкб

Оба перехода смещены в прямом направлении.

Видно, что при глубоком насыщении транзистора Uкэ становится меньше

прямого типового напряжение на PN-переходе.

Однако есть теоретический минимум, меньше которого Uкн быть не может.

На практике желательно стремиться к

тому, чтобы Uкн было как можно меньше, чтобы потери мощности на транзисторе были меньше

Pст = Iкн Uкн

8

Обратной стороной снижения Uкэн является накопление чрезвычайно большого избыточного заряда в базе, вследствие чего снижается быстродействие транзистора (ключа).

Быстродействие транзистора определяется временем переключения ключа из одного статического состояния в другое статическое состояние.

Реальное значение насыщения выбирается из

диапазона:

S =1, 5 5

Степень насыщения меньше 1,5 брать нецелесообразно, поскольку вследствие действия дестабилизирующих факторов транзистор может выйти из режима насыщения.

В активном режиме ток и напряжение на транзисторе существенны. В результате этого мощность, выделяемая на транзисторе, может превысить Pкmax (справ. параметр), произойдет перегрев и выход транзистора из строя.

На практике физическим критерием насыщения Uкб=0 не пользуются, а применяется токовый критерий насыщения:

Iб Iбн

Для насыщения транзистора необходимо выполнить

требования токового критерия насыщения.

Количественный показатель токового критерия насыщения:

S = Iб 1

Iбн

S – это коэффициент, показывающий во сколько раз Iб превышает Iбн.

Большие степени также нецелесообразны, поскольку сопровождаются накоплением большого избыточного заряда, который выводится из базы при выключении прибора.

Чем больше избыточный заряд, тем больше время

выключения транзистора (ключа).

Чем больше S, тем быстрее включается транзистор

(ключ), поэтому необходим разумный компромисс.

Схема замещения транзистора в режиме насыщения

В режиме насыщения транзистор представляется следующей схемой

замещения:

При изображении схемы с насыщенным транзистором:

•вместо последнего используется его схема замещения,

причем конфигурацию схемы необходимо сохранить!

•необходимо поставить точки выводов (Б, К, Э)

•поставить стрелку прямого базового тока.

Для схемы замещения: