А.С. Низов, А.Н. Штин, К.Г. Шумаков - Электроника Курс лекций

Рисунок 3.7 – Замена транзистора активным четырехполюсником в схеме с ОБ (а) и в схеме с ОЭ (б)

Пользуясь этими уравнениями, определим физический смысл h-параметров и рассмотрим способы нахождения их численных значений по входным и выходным СХ.

Для определения h11 примем, что UВЫХ= const, то есть UВЫХ= 0. Тогда из (3.2) получим, что

Из этого выражения видно, что физический смысл параметра h11 –

входное сопротивление. Он измеряется в омах:

h11 = RВХ.

Для расчета численного значения h11 необходимо знать рабочую точку транзистора на одной входной СХ. Если эта точка неизвестна, то выбирается любая точка на линейном участке основной входной характеристики, например, т. А на рисунке 3.8, а. Далее выбирается еще одна точка на линейном участке этой же характеристики, например, т. В на рисунке 3.8, а. По проекциям этих точек на оси напряжения и тока и определяются данные для расчета h11:

Для определения h12 примем, что IВХ=const, то есть IВХ=0. Тогда из (3.2) следует, что

51

Для определения h21 примем, что UВЫХ = const, то есть UВЫХ = 0. Тогда из (3.3) следует, что

Из этого выражения видно, что физический смысл параметра h21 – коэффициент усиления по току. Он не имеет размерности

h21 = kI .

Для расчета численного значения h21 необходимо иметь минимум две выходные СХ (рисунок 3.9, а). Одна из них, например нижняя, должна быть снята при входном токе, равном току, который соответствует положению т. А на рисунке 3.8, а (IВХ 1′′ = IВХ 1). Далее переносим на эту характеристику рабочую т. А. Если рабочая точка неизвестна, то можно выбрать любую точку, лежащую на линейном участке этой характеристики. Через т. А проводим прямую AD, параллельную оси IВЫХ (UВЫХ = const), которая должна пересечь соседнюю выходную СХ (рисунок 3.9, а). По проекциям точек А и D на ось выходного тока определяем IВЫХ′′. Величина IВХ′′ определяется как модуль разности значений входных токов, при которых сняты выходные СХ:

Рисунок 3.9 – Нахождение h21 (а) и h22 (б) по выходным статическим характеристикам

53

Для определения h22 примем, что IВХ= const, то есть IВХ= 0. Тогда из (3.3) получим, что

Из этого выражения видно, что физический смысл параметра h22 – выходная проводимость. Он измеряется в сименсах (См):

Для расчета численного значения h22 необходимо иметь одну выходную СХ, снятую при входном токе IВХ 1′′ = IВХ 1′ с рисунка 3.8, а. Переносим на эту характеристику рабочую т. А. Если рабочая точка неизвестна, то в качестве рабочей можно принять любую точку, лежащую на линейном участке этой характеристики (рисунок 3.9, б). Выбираем еще одну точку на линейном участке этой же характеристики, например, т. Е на рисунке 3.9, б. По проекциям этих точек на оси напряжения и тока и определяются данные для расчета h22:

3.7 Предельные значения биполярных транзисторов

Транзистор, как и любой другой электронный прибор, характеризуется рядом эксплуатационных параметров, предельные значения (см. подраздел 1.7) которых указывают на возможности применения того или иного БТ.

Таблица 3.2 – Основные предельно допустимые значения БТ

54

Окончание таблицы 3.2

Кроме вышеперечисленных основных предельно допустимых значений, в справочной литературе приводятся еще некоторые: максимально допустимый ток базы, обратный ток эмиттера, допустимый импульсный ток коллектора, напряжение насыщения коллектор– эмиттер, емкость коллекторного перехода и другие.

55

Предельные значения напряжений, токов и мощности определяют границы области гарантированной надежной работы транзисторов. Так как работа в предельном режиме соответствует самой низкой надежности, то использование предельных режимов в схемах, от которых требуется высокая надежность, не допускается.

Практика показывает, что при использовании БТ в облегченных режимах надежность их работы повышается в десятки раз по сравнению с надежностью в предельном режиме. Поэтому не рекомендуется использовать величины напряжений, токов, мощностей выше 70 % их предельных значений.

3.8Вопросы для самоконтроля

1.Транзистор. Его назначение и виды. Биполярные и полевые транзисторы.

2.Типы, структурные схемы, переходы и условные обозначения БТ.

3.Связь токов и их направления в БТ.

4.Напряжения, их величины и полярности в БТ.

5.Особенности конструкции БТ.

6.Работа БТ (типов p–n–p и n–p–n) при разомкнутом ключе в цепи эмиттера.

7.Работа БТ при замкнутом ключе в цепи эмиттера.

8.Основные причины протекания тока по пути эмиттер–база– коллектор.

9.Усилительные свойства БТ. Носители, создающие токи в БТ.

10.Определение входного и выходного токов.

11.Определение входного и выходного напряжений.

12.Схемы включения БТ (типов p–n–p и n–p–n), их входные и выходные токи и напряжения.

12.1.Схема с ОБ.

12.2.Схема с ОЭ.

12.3.Схема с ОК.

13.Сравнение параметров схем включения БТ.

14.Статические входные характеристики в схеме с ОБ.

15.Статические входные характеристики в схеме с ОЭ.

16.Статические выходные характеристики в схеме с ОБ.

17.Статические выходные характеристики в схеме с ОЭ.

18.Схемы замещения БТ активным четырехполюсником.

56

19.Уравнения активного четырехполюсника.

20.h-параметры транзистора, их физический смысл и нахождение по статическим характеристикам.

20.1.h11.

20.2.h12.

20.3.h21.

20.4.h22.

21.Основные предельно допустимые значения БТ.

57

4ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРОВ. РАБОТА ТРАНЗИСТОРА В АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ

4.1 Динамический режим работы транзисторов

4.1.1 Схема включения транзистора в динамическом режиме

Режим работы транзистора при наличии внешнего сопротивления в его выходной цепи называют динамическим режимом или режимом нагрузки. На вход подается переменное (синусоидальное, пилообразное, прямоугольное, либо другое) напряжение uВХ, а в выходную цепь включают элемент нагрузки — резистор, первичную обмотку трансформатора, обмотку реле и так далее.

Динамический режим характеризуется EK = const и ZK = const. Схема работы транзистора в динамическом режиме, в выходную цепь которой включен активный резистор RK, приведена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема работы транзистора в динамическом режиме

58

Источник напряжения смещения ЕЭБ включается следующим образом. Если необходимо, чтобы при отсутствии входного сигнала транзистор был открыт, то на переход jЭ подается прямое смещение (сплошная линия на рисунке 4.1). Если необходимо, чтобы при отсутствии входного сигнала транзистор был закрыт, то – обратное (пунктирная линия на рисунке 4.1).

Во входной цепи для ограничения входного тока (тока базы) включено сопротивление RБ. В выходной цепи, в зависимости от цели, выходное напряжение может сниматься как между коллектором транзистора и «–» EK – напряжение UR , так и между эмиттером и коллектором транзистора – напряжение UК.

4.1.2 Выходная динамическая характеристика (ДХ)

Основными характеристиками в динамическом режиме являются входная и выходная динамические характеристики. Причем первой строится выходная характеристика.

Выходной ДХ называется зависимость IВЫХ= f(UВЫХ) при EK= const,

RK= const. Так как на рисунке 4.1 IВЫХ = IK, а UВЫХ = UK, то найдем аналитическую зависимость IК= f(UК) для этой схемы и построим вы-

ходную ДХ.

Для выходной цепи (рисунок 4.1) можно составить уравнение по второму закону Кирхгофа

Выражение (4.2) является уравнением выходной ДХ. В нем величины EK и RК являются постоянными и известными, UК – аргумент или переменная, а IК – функция. Поэтому функция, описываемая выражением (4.2), является линейной типа y = a + bx, где

а = EK/RК, а b = –1/RК .

Так как линейная функция является прямой, то для ее построения достаточно знать две ее точки. Поэтому можно задать два любых значения UК и, получив по ним при помощи (4.2) два значения IК, построить выходную ДХ.

Обычно линейную функцию строят по точкам пересечения ее с осями координат, так как в этих точках значение либо аргумента, либо функции будут равны нулю.

59

В точке пересечения выходной ДХ с осью абсцисс (ось UК) величина выходного тока IК всегда будет равняться нулю. Подставив в (4.2) IК = 0, получим

Откладывая по оси абсцисс UК = ЕК, получим т. А – первую точку для построения выходной ДХ (рисунок 4.2).

В точке пересечения выходной ДХ с осью ординат (ось IК) величина выходного напряжения UК всегда будет равняться нулю. Подставив в (4.2) UК = 0, получим

Откладывая по оси ординат IК = ЕК/RК, получим т. B – вторую точку для построения выходной ДХ (рисунок 4.2).

Рисунок 4.2 – Построение выходной динамической характеристики

Линия АВ есть выходная ДХ, которую иногда называют нагрузочной характеристикой. Она показывает семейство точек транзистора, в которых он может работать в данной схеме с заданными EK и RК .

60