Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Электроника и схемотехника. Учебное пособие для СПО

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

2 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Рис. 4.7. Эквивалентная схема замещения

биполярного транзистора в h-параметрах

Рис. 4.8. Модель биполярного транзистора Эберса — Молла

Представленная модель характеризует только активную область транзистора, не учитывая его пассивную область. Модель Эберса — Молла хорошо отражает обратимость транзистора — принципиальную равноправность обоих его переходов. Эта равноправность особенно ярко проявляется в режиме насыщения, когда на обоих переходах действуют прямые напряжения. В таком режиме каждый переход одновременно инжектирует носители в базу и собирает носители, дошедшие от другого перехода. Токи инжектируемых носителей обозначены через

(входной ток) и

(выходной ток), а токи собираемых носи-

12Э UКЭ

21Э IБ

IБ I

БЭ

КЭ

11Э

1/h

22Э

IЭ IК IБ I1=f1(UЭ)

I2=f2(UК)

Э Б К С

ЭБ СКБ

2OI



1ON



телей — через

01N



02I



, где



— статические ко-

эффициенты передачи тока соответственно при нормальном и инверсном включении транзистора. При этом эмиттерный и коллекторный токи транзистора определяются через систему уравнений:

1 0 2ЭI

I I I



=−

(4.22)

0 1 2КN

I I I



=−

(4.23)

при:

( 1)

ЭБ

Э обр

II е



=−

(4.24)

( 1)

KБ

К обр

II е



=−

(4.25)

где

Э о бр

К обр

— обратные токи эмиттерного и коллекторного

переходов.

Существует модификация модели Эберса — Молла, в которой используется связь между током базы и токами эмиттера и коллектора, выраженная через коэффициенты передачи тока базы при нормальном и инверсном включении транзистора:

I I I



= − 

(4.26)

I I I



−

=

(4.27)



(4.28)

Динамические параметры транзистора учитываются в модели Эберса — Молла конденсаторами

ЭБ

КБ

, которые

включают в себя диффузионную и барьерную емкость базоэмиттерного и базо-коллекторного перехода. Значение диффузионных емкостей прямо пропорционально дифференциальной проводимости соответствующего перехода при прямом включении. Значение барьерных емкостей уменьшается с возрастанием обратного напряжения, приложенного к p-n-переходу.

Особенностью модели Эберса — Молла является то, что она нелинейна и обычно применяется для анализа работы транзистора при больших изменениях напряжения и тока. Большому классу электронных схем свойственен такой режим работы транзистора, при котором на фоне сравнительно больших постоянных токов и напряжений действуют малые переменные составляющие. В этом случае анализ постоянных составляющих осуществляется с помощью модели Эберса — Молла, а при анализе переменных составляющих используется малосигнальная эквивалентная схема, состоящая из линейных элементов. Рассмотрим малосигнальную схему замещения транзистора, называемую схемой Джиаколетто. Эта схема приведена на рис. 4.9 и представляет собой П-образную схему, в которой усилительные свойства транзистора учтены крутизной S его вольт-амперной характеристики, а частотная зависимость усилительных свойств определяется с учетом емкостей между базой и коллектором, базой и эмиттером. Все параметры элементов данной схемы замещения можно измерить или рассчитать. На схеме замещения точки Б, К и Э являются реальными выводами базы, коллектора и эмиттера транзистора. Точка Б0 находится внутри транзистора,

и, следовательно, доступа к ней нет. Сопротивление

пред-

ставляет собой объёмное сопротивление базы. Активная проводимость

БЭ

и диффузионная емкость

БЭ

совместно отражают

полную проводимость эмиттерного перехода.

Отношение этих величин определяет постоянную времени переноса заряда эмиттерного перехода

БЭ Э

ТТЭ

Сg



, которая

практически не зависит от режима работы транзистора. Влияние коллекторного перехода учтено его полной проводимостью, со-

ставленной из

БК

. Отношение этих параметров представ-

ляет собой постоянную времени коллекторного перехода

ТТК БК К



, которая также почти не зависит от режима работы

транзистора. Проводимость

обычно очень мала, а емкость

БК

зависит от напряжения на коллекторе.

Рис. 4.9. П-образная схема замещения

биполярного транзистора

Наличие связи между эмиттером и коллектором учтено в схеме замещения проводимостью

КЭ

. Для высокочастотных

транзисторов эта проводимость настолько мала, что её можно не учитывать. Источник тока

0БЭ

управляется напряжением

0БЭ

и определяет усилительные свойства транзистора на низких частотах. С ростом частоты уменьшается полная проводимость

эмиттерного перехода, что приводит к увеличению тока

и уве-

личению падения напряжения на

. Таким образом, управляю-

щее напряжение

0БЭ

для источника тока уменьшается с ростом

частоты и, следовательно, снижается усиление транзистора.

Частотные свойства транзистора в схеме включения с ОЭ характеризуют предельной (f

пр

) частотой усиления. Под пре-

дельной частотой усиления понимают такое ее значение, когда

( ) 1

Э пр

hf=

БЭ

БК

gК g

КЭ

gЭ Б Э Э

IБ I

Б0Э UБЭ

S U

Б0 Э

Связи между h-параметрами транзистора и резистивными элементами эквивалентной схемы Джиаколетто выражаются следующим образом:

1 ( )

Э Э Б

g h r=−

(4.29)

21Э

gSh=

(4.30)

22 12 21

( 1)

К Э Э Э

gg h h h−+=

(4.31)

Основными источниками шумов в транзисторах считаются тепловые шумы, дробовые шумы и фликкер-шумы.

Тепловые шумы порождаются хаотическим тепловым движением свободных электронов в кристаллической решетке вещества, из которого состоит сопротивление.

Дробовой шум вызывается прерывистым, имеющим случайный характер, током при прохождении через p-n-переход дискретных порций заряда, переносимых электронами и дырками.

Фликкер-шум наблюдается на низких частотах у полупроводниковых приборов, где происходит увеличение собственных шумов, физическая природа которых связана с состоянием поверхности полупроводниковых кристаллов.

Ключевой режим работы биполярного транзистора

Ключевым режимом работы транзистора называется такой

режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки (

К обр

) в режим насыщения (

КН

)

и наоборот — минуя линейный режим (рис. 4.10, а). Для этого необходимо включить транзистор по схеме, представленной на рис. 5.7, б.

На вход транзисторного ключа действует импульсный сигнал. Ели входное напряжение

вх

U 

, то токи в цепях кол-

лектора и базы практически одинаковые и равны току через обратно включенный p-n-переход между базой и коллектором. Этот режим соответствует режиму отсечки транзистора, то есть разомкнутому положению ключа. При входном напряжении

вх

U 

и токе базы больше тока насыщения ток коллектора

практически равен

КН

ERI =

. Этот режим соответствует за-

мкнутому положению ключа.

а) б)

Рис. 4.10. Ключевой режим работы

биполярного транзистора: а — использование ВАХ;

б — схема включения

Динамические свойства ключа определяются временем включения

вкл

и выключением

вык

. На рис. 4.11 приведены пе-

реходные процессы, сопровождающие операции включения и выключения транзисторного ключа. При этом время включения равно:

E R

КН IК

КЭ

нас

0 I

К обр

+ Е

вх Uвых

вкл зад нар

t t t=+

(4.32)

где

зад

— время задержки,

нар

— время нарастания.

Время выключения определяется как:

вык рас сп

t t t=+

(4.33)

где

рас

— время рассасывания,

сп

— время спада.

а) б)

Рис. 4.11. Переходные процессы при работе ключа:

а — включение; б — выключение

Б вкл IБ

iБ t 0

iК I

К вкл tвык tрас tсп

вкл IК вкл tзад tнар

t 0 i

Б вкл

5. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей, протекающим через проводящий канал, и управляемый электрическим полем. Полевой транзистор в отличие от биполярного иногда называют униполярным, так как его ток создается движением только основных носителей заряда — либо электронов, либо дырок. Поэтому в полевых транзисторах отсутствуют процессы изменения (накопления и рассасывания) объемного заряда неосновных носителей, оказывающие заметное влияние на быстродействие биполярных транзисторов. Основным способом движения носителей заряда, образующих ток полевого транзистора, является их дрейф в электрическом поле. Проводящий слой, в котором создается рабочий ток полевого транзистора, называют каналом.

Токопроводящие каналы различают на приповерхностные (транзисторы с изолированными затворами) и объемные (транзисторы с управляющим p-n-переходом).

Полевой транзистор — полупроводниковый прибор, которым управляет не ток (как биполярным транзистором), а напряжение, осуществляющее изменение площади поперечного сечения проводящего канала, в результате изменяется выходной ток транзистора. Управление же электрическим полем предполагает отсутствие статического входного тока, что позволяет уменьшить мощность, требуемую для управления транзистором.

5.1. Полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом,

с изолированным затвором

Полевой транзистор с управляющим p-n-переходом (ПТУП) имеет два омических перехода в области истока и стока, через которые проходит управляемый поток основных носителей, и один или два управляющих p-n-перехода, смещенных в обратном направлении. На рис. 5.1 показан ПТУП. Металлический электрод, создающий эффект поля, называют затвором (З), два других электрода — истоком (И) и стоком (С).

На p-n-переход (затвор — исток) подается обратное напряжение

ЗИ

. При его увеличении глубина d обеднённого

слоя возрастает, а токопроводящее сечение b канала сужается. При этом увеличивается сопротивление канала, а, следователь-

но, снижается выходной ток

транзистора. Поскольку напря-

жение

ЗИ

прикладывается к p-n-переходу в обратном направ-

лении, ток

мал и практически не зависит от управляющего

напряжения.

а) б)

Рис. 5.1. Полевой транзистор с управляющим

p-n-переходом: а — условное обозначение; б — структура.

Поскольку напряжение

ЗИ

подается к p-n-переходу в об-

ратном направлении, ток

мал и практически не зависит от

управляющего напряжения.

Для полевых транзисторов входная характеристика не имеет практического применения, поскольку ток цепи затвора

I 

, и при расчетах используют выходную (

()

CCИ



) и

проходную (

()

С ЗИ



) ВАХ. На рис. 5.2 приведены выходная

d d

ПИТ UЗИ

СИ

p-канал

n-канал

и проходная характеристики ПТУП для схемы включения с ОИ. Эти характеристики, подобно характеристикам биполярного транзистора имеют нелинейный характер.

а) б)

Рис. 5.2. Статические ВАХ полевого транзистора

с управляющим p-n-переходом: а — выходные ВАХ;

б — проходные ВАХ

На начальном участке изменения выходного напряжения полевого транзистора крутизна его ВАХ с изменением входного сигнала не остаётся постоянной, как в случае биполярного тран-

зистора. С уменьшением

ЗИ

крутизна ВАХ уменьшается, а,

следовательно, возрастает выходное сопротивление транзистора. Это указывает на зависимость выходного сопротивления

ПТУП на этом участке ВАХ. Изменение выходного тока

по-

левого транзистора при изменении

СИ

происходит до опреде-

ленного значения выходного напряжения, равного напряжению насыщения:

СИнас ЗИ ЗИотс

U U U=−

CИ2

> U

CИ1

IC I

C нач IC

ЗИ1

ЗИ2

< U

ЗИ1

UCИ

CИ нас

CИ проб

UЗИ

ЗИ отс

ЗИ2

< U

ЗИ2

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 67 / 137 8 9 10 11 12 13 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]