2. Режимы работы транзисторов, их характеристики.

Транзистором называют полупроводниковый прибор, служащий для усиления электрических сигналов.

Транзисторы делятся:

Биполярный транзистор — ток в нём определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок (отсюда и название биполярный)

Униполярный транзистор с n или p типом проводимости (полевой транзистор) в свою очередь униполярные делятся на транзисторы:

с p-n переходом

с индуцированным каналом

с встроенным каналом

Транзистор с индуцированным или встроенным каналом называют МДП-транзистор или МОП-транзистор

МДП-транзистор — структура металл-диэлектрик-полупроводник

МОП-транзистор — металл-окисид-полупроводник (оксид – диоксид кремния)

Однопереходные транзисторы — трёхэлектродный прибор, имеющий один тип проводимости полупроводника, и проводимость канала полупроводника между двумя базами зависит от потенциала на эмиттере

Тиристоры имеют три p-n перехода они называются динисторами. Тиристор с управляющим электродом называется тринистором (катод, анод, управляющий электрод).

Существуют четыре режима работы транзистора:

1. Прямой или усилительный. Наиболее часто используемый. Переход Э-Б открыт, а коллекторный Б-К закрыт.

2. Режим отсечки. Оба перехода закрыты; используется в ключевом режиме работы транзистора. Ток через транзистор не протекает.

3. Режим насыщения. Оба перехода открыты, характеризуется большой концентрацией неосновных носителей заряда. В области Б. используется ключевой режим.

4. Инверсный. Когда эмиттерный переход закрыт, коллекторный переход открыт. В этом случае меняются местами К. и Э.

Характеристики транзисторов.

Характеристики делятся на статические и динамические.

Статическая характеристика — зависимость входных от выходных параметров при фиксированных значениях.

Для входной характеристики фиксируется выходной параметр. Для выходной — входной параметр.

По второму закону Кирхгофа Еп =IкRк + Uбэ.

1. Транзистор открыт Uкэ =0 Еп=IкRк  I=Eп/Rк

2. Ток базы равен нулю Еп = IкRк + Uбэ. Iк=0,  Еп = Uбэ

РТ – рабочая точка для линейного режима работы транзистора, выбирается в центре динамической характеристики транзистора.

Схемы включения транзисторов.

Существует три схемы включения транзистора:

1. Схема с общим эмиттером, когда эмиттер является общим для входной и выходной цепей транзистора.

2. Схема с общей базой, когда база является общим для входной и выходной цепей транзистора.

3. Схема с общим коллектором, (эмиттерный повторитель).

Схема с общим эмиттером

Данная схема является основной схемой включения транзистора в усилительном каскаде, так как она имеет максимальный коэффициент усиления по току, по напряжению и соответственно по мощности.

КI = Iк/Iб

КU =Uвых/Uвх = (IкRк)/(IбRб)

Rб1 и Rб2 сотни кОМ, обеспечивают смещение потенциала базы относительно потенциала эмиттера.

Rб – входное сопротивление транзистора, которое характеризуется сопротивлением перехода Э-Б включающее собственное сопротивление базы.

Коэффициент усиления измеряется в децибелах : Ку = 20lgК

Коэффициент усиления по току для схемы с общим эмиттером Ку = Iк / Iб,

Iб = 0,1%Iэ

Ку = (Iэ – Iб)/Iб = (Iэ – 0,001Iэ)/ 0,001Iэ = (0,999Iэ)/(0,001Iэ) = 999  1000 = 10³;

320 = 60 дБ - коэффициент достаточно высок

Недостатком схемы является относительно низкое входное сопротивление и относительно высокое выходное сопротивление. Входное десятки кОм, выходное сотни Ом по отношению к схеме с общим коллектором. Ещё один недостаток этой схемы - резкая зависимость эмиттерного тока от температуры окружающей среды. Для снижения этой зависимости в цепь эмиттера вводят отрицательную обратную связь по току.

Действие отрицательной обратной связи осуществляется за счёт передачи из выходной части цепи энергии в противофазе во входную. При росте температуры ток в Э. Возрастает, тем самым увеличивается падение напряжения на Rэ, тем самым снижается разность потенциалов между Б. и Э., а это влечёт снижение тока Э., таким образом компенсируется рост температуры.

Ёмкость Сэ необходима для исключения обратной связи по переменному току (т.е. по сигналу).

На низких частотах шунтирование конденсатором практически не сказывается вследствие его большого сопротивления согласно вышеприведенной формуле. На высоких частотах (частотах сигнала) конденсатор шунтирует сопротивление RЭ и действие отрицательной обратной связи (ООС) не сказывается.

Схема с общим коллектором (эмиттерный повторитель).

Схема с общим коллектором (ОК) обладает высоким входным сопротивлением при малом выходном сопротивлении. Коэффициент усиления по напряжению КU равен 1. Фаза выходного сигнала совпадает с фазой входного сигнала, следовательно, выходной сигнал полностью повторяет форму входного сигнала (отсюда название – эмиттерный повторитель). Служит для согласования низкого выходного сопротивления источника сигнала с малым входным сопротивлением предварительного усилителя. Т.е., разместив эмиттерный повторитель между источником сигнала и предварительным усилителем, мы тем самым повышаем входное сопротивление общего усилителя, что повышает эффективность его работы.

h – параметры транзистора

Транзистор можно представить в виде некого четырёхполюсника, имеющего пару входов и пару выходов. Примем за входные параметры 4-полюсника входной ток I1 и входное напряжение U1. Выходными параметрами будут служить выходной ток I2 и напряжение U2.

Считаем независимыми параметрами I1 и U2, зависимыми – U1 и I2. Зависимые параметры можно представить как функции независимых:

Продифференцировав данные функции, получим

Принимая во внимание малость приращения U1 и I1, и обозначив:

получим следующие выражения:

Параметры hij мы можем найти по специальным справочникам или вычислить по входным и выходным характеристикам. Физический смысл параметров h:

h11 – входное сопротивление транзистора при U2=0 (в режиме короткого замыкания (КЗ) на выходе);

h12 – коэффициент обратной связи по напряжению при I1=0, т.е. в режиме холостого хода (ХХ) на входе;

h21 – коэффициент усиления по току в режиме КЗ на выходе;

h22 – выходная проводимость транзистора в режиме холостого хода на входе.