- •Электронный учебно- методический комплекс
- •Биполярные транзисторы
- •Биполярные транзисторы
- ••На фото - первый в мире
- •Биполярные транзисторы
- •Транзистором называется полупроводниковый прибор с двумя расположенными на близком расстоянии параллельными электронно- дырочными
- •Полупроводниковый транзистор
- •Центральную часть транзистора называется базой, левая высоколегированная - эмиттер, правая, низколегированная – коллектор.
- •Распределение примеси в p-n-p-транзисторе
- •Зонная диаграмма p-n-p транзистора в стационарном состоянии
- •Включение транзисторов в схему
- •Варианты включения транзисторов
- •Включение транзистора по схеме с общей базой
- •Зонная диаграмма при включении по схеме ОБ
- •Такая полярность напряжения обеспечивает открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода,
- •Вследствие диффузии инжектированные носители движутся через базу к коллекторному переходу, частично рекомбинируя с
- •Поток дырок и, соответственно, ток коллектора IК, являющийся выходным током транзистора, очень эффективно
- •Распределение концентраций основных и неосновных носителей заряда
- •Распределение токов
- •Отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока эмиттера при постоянном напряжении
- •Для характеристики эмиттерного перехода вводят
- •Не все инжектированные эмиттером дырки доходят до коллектора, некоторая их часть рекомбинирует в
- •Коэффициент переноса зависит от ширины базы W и диффузионной длины неосновных носителей в
- •Преимущественное легирование одной из областей влечет за собой преимущественное инжектирование электронов либо дырок.
- •Найдем аналитическое выражение, связывающее коэффициент передачи с физическими свойствами полупроводниковых материалов p- и
- •Уравнение диффузии дырок в области базы в стационарном режиме
- •Решение уравнения имеет вид:
- •Плотность дырочного тока найдем, дифференцируя
- •Используя выражения (1) и (2), найдем коэффициент переноса:
- •Граничные условия запишем исходя из того, что протяженность области эмиттера много больше диффузионной
- •Для нахождения коэффициента передачи тока эмиттера найдем электронную составляющую тока коллектора, для этого
- •Решение имеет вид:
- •Учитывая связь основных и неосновных носителей
- •Тепловой ток коллектора при включении по схеме ОБ IКБ0 имеет две составляющие:
- •Входные ВАХ в схеме ОБ
- •Выходные ВАХ в схеме ОБ
- •Входная и выходная ВАХ p-n-p транзистора в схеме ОБ
- •Уравнения транзистора в схеме ОБ
- •Распределение неосновных носителей в базе pnp-транзистора в нормальном режиме
- •Распределение неосновных носителей в базе pnp-транзистора в режиме насыщения
- •Распределение неосновных носителей в базе pnp-транзистора в режиме отсечки
- •Усилитель на транзисторе в схеме ОБ
- •Из-за высокого выходного сопротивления в цепи коллектора может быть включено достаточно большое сопротивление
- •Включение транзистора в схеме ОЭ
- •Расчет ВАХ в схеме ОЭ
- •Часть дырок (1-α)∙ p рекомбинирует в базе с электронами, поступающими из омического контакта
- •Входные ВАХ транзистора в схеме ОЭ
- •При обратных напряжениях на КП и фиксированном напряжении на ЭП |UБЭ| постоянной будет
- •При pn pn0 число рекомбинаций электронов и дырок в базе в единицу времени
- •Выходные ВАХ транзистора в схеме ОЭ
- •Влияние напряжения Эрли на выходные ВАХ транзистора
- •Выводы
- •Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •Линеаризация входных ВАХ в схеме с ОЭ
- •Линеаризация выходных ВАХ в схеме с ОЭ
- •Дифференциальные параметры биполярного транзистора
- •Зависимость коэффициентов α и β от напряжения на коллекторе
- •Зависимость коэффициента усиления β от тока эмиттера и напряжения на коллекторе
- •Удобство физических параметров заключается в том, что они позволяют наглядно представить влияние конструктивно-
- •Температурная зависимость параметров биполярных транзисторов
- •Температурная зависимость коэффициента передачи β связана в первую очередь с возрастанием времени жизни
- •Работа транзистора в импульсном режиме
- •Простейший усилительный каскад на транзисторе, включенном по схеме ОЭ
- •Иллюстрация работы усилительного каскада
- •Линеаризация входных ВАХ в схеме с ОЭ
- •Линеаризация выходных ВАХ в схеме с ОЭ
- •Если на постоянные составляющие токов и напряжений наложены достаточно малые сигналы переменного напряжения
- •Эквивалентная схема транзистора для системы r-параметров
- •Система r-параметров
- •Эквивалентная схема для g-параметров
- •Система g-параметров
- •Описание g-параметров
- •Следует особо подчеркнуть, что
- •Система h-параметров
- •Эквивалентная схема для h-параметров
- •В качестве примера определим значения h11Э, h12Э, h21Э, h22Э – параметров транзистора в
- •Т-образная эквивалентная схема транзистора
- •Расчёт для схемы с ОЭ
- •Связь h-параметров биполярного транзистора с дифференциальными параметрами на примере схемы с ОБ
- •Учитывая, что rk rб ,
- •Сравнение h-параметров для различных схем включения транзистора
- •Формулы Эберса-Молла
- •Схема замещения Эберса-Молла
- •Расчет модели Эберса- Молла
- •Продолжение расчета
- •Окончательные формулы
- •В npn-транзисторе:
- •Разновидности биполярных транзисторов
- •Разновидности биполярных транзисторов
- •Конструкция
Расчёт для схемы с ОЭ
При ХХ на входе iБ 0 |
iК |
|
|
|
uК |
iЭ |
iЭ iК |
||||||||||||
rК rЭ |
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
iЭ |
|
|
|
uК |
|
iЭ |
|
iЭ 1 |
|
|
uК |
|
|||||||
|
r r |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
r |
r |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
К |
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
К |
Э |
|
||
Учитывая, что rэ<<rк, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
iЭ |
|
|
uК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
rК 1 |
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
rвых uК |
uК |
|
rК 1 |
|
rвых |
rК* rК 1 |
|||||||||||||
iЭ |
|
||||||||||||||||||
iК |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Связь h-параметров биполярного транзистора с дифференциальными параметрами на примере схемы с ОБ
h |
u1 | |
|
|
– входное |
сопротивление при коротком |
11 |
i1 |
u2 |
0 |
замыкании на выходе. |
|
|
|
|
|||
|
Полагая в |
эквивалентной |
схеме выходное напряжение |
||
Uкб=0 и считая заданным входной ток эмиттера найдем напряжение на входе:
uЭБ iЭ rэ rб iЭ rk rб
rk rб
Учитывая, что rk rб ,
uЭБ iЭ rэ rб iЭ rб
Входное сопротивление:
h11Б uэ iЭ rэ rб iЭ rб rэ rб rб rэ rб 1 |
|
iэ |
iЭ |
Найдем iэ с помощью второго уравнения Кирхгофа для коллекторной цепи, полагая заданным входной ток :
uКБ iк rк rб iэ rк
Коэффициент обратной связи по напряжению при ХХ на входе ( iЭ =0) :
|
h |
|
|
|
|
u1 |
uЭБ |
|
iк rб |
|
|
|
|
|
rб |
|
|
|
rб |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
rк rб |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
12Б |
|
i 0 |
|
|
|
u2 |
|
uКБ |
|
iк |
|
|
|
|
rк rб |
|
rк |
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
Э |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h21Б i2 ik |
|
|
|
|
iк |
|
iэ rк |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
i1 |
|
iэ |
|
uКБ 0 |
|
|
|
|
rк |
|
|
rб |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
iк |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
||||||||
h21Б |
iэ rк |
|
|
rк |
|
h |
|
|
|
| |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
iэ rк rб |
|
|
|
|
|
|
r r |
r |
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
rк rб |
|
|
22 |
Б |
|
|
|
u |
к |
iэ 0 |
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
к б |
|
к |
||||||
Сравнение h-параметров для различных схем включения транзистора
Режим с ОБ
h11Б rэ rб 1
h |
Б |
|
|
rб |
|
|
|
rб |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
12 |
|
rк rб rк |
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||
h |
|
|
iк |
|
| |
uк 0 |
|
rк |
|
||||
|
|
|
|||||||||||
21Б |
|
|
iэ |
|
|
|
|
rк rб |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
h |
Б |
|
iк |
| |
iэ 0 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|||||||
22 |
|
uк |
|
|
rк rб |
|
rк |
||
|
|
|
|
|
|
|
h11э
h12э
h21э
h22Э
Режим с ОЭ
rб rэ 1
rб rк*
1
rк*
Формулы Эберса-Молла
Основной моделью биполярного транзистора считается модель, справедливая для любых токов (как малых, так и больших) и предложенная Дж.Дж. Эберсом и Дж.Л. Моллом в 1954 г., и поэтому носящая их имя.
Эта модель построена на интерпретации работы транзистора как прибора на взаимодействующих pn- переходах для произвольного сигнала. Для примера рассмотрим pnp-транзистор
Схема замещения Эберса-Молла
Расчет модели Эберса- Молла
Продолжение расчета
