Режим насыщения

По мере увеличения базового тока увеличивается коллекторный ток и достигает своего предельного значения, определяемого сопротивлением в цепи коллектора. При этом теряется пропорциональная зависимость тока коллектора от тока базы. Этот ток называют током коллектора насыщения:

I_кн=(E_к-U_кэ)/R_к≈E_к/R_{к .}

Оба перехода смещены при этом в прямом направлении. В качестве границы режима насыщения можно взять U_кб =0_. Более удобно определить границу насыщения через токи I_б и I_к. В линейном режиме:

I_к=-I_ко(exp(U_кб/φ_Т)-1)+ α_NI_э ≈I_ко+ α_NI_э,

т.е. больше чем α_NI_э.

В режиме прямосмещенного коллекторного перехода ток коллектора меньше α_NI_э. На границе режима насыщения:

I_{к гр}= α_NI_э.

Итак, критерий насыщения:

I_к<α_NI_э и I_к< [β/(1+β)] I_э. и I_к< βI_б.

Окончательно:

I_б>I_бн= I_к/β

Режим насыщения принято характеризовать степенью насыщения

S= I_б /I_бн>1,

а чаще:

N= (I_б-I_бнас)/ I_бнас

Напряжения на переходах могут быть определены из уравнений Эберса-Мола:

U_эб=φ_тln[[(1+ β_I) I_б+ I_к]/ [(1+ β_I) I_эо]+1]

U_кб=φ_тln[[β_NI_б-I_к]/ [(1+ β_N) I_ко]+1]

	Напряжение между коллектором и эмиттером: Uкэ= Uкб- Uэ, и меньше напряжения Uэб. При токах базы существенно превышающих ток базы насыщения Uкэ достигает минимально возможного значения Uкэ min= φтlnαI=-φтln(1+1/βI)≈- φт/ βI для транзисторов прямой проводимости. Для транзисторов обратной проводимости: αI/ βI. При типичных значениях βI=0.5..5, Uкэ≈50-5мВ.
Рис.7. Схема для расчета остаточного напряжения.

Температурный дрейф остаточного напряжения существенно меньше, чем на каждом из переходов, так как наблюдается взаимная компенсация (TKU≈0.15мВ/град).

Таким образом, для ключа на БТ ток коллектора изменяется от I_ко до I_кн, а напряжение на коллекторе от (E_л - I_коR_к) до U_{кэ нас} или, приблизительно, от E_л до 0.

Вопрос 19. Ключ на биполярном транзисторе как логический элемент – инвертор. Передаточная характеристика

Перепады амплитуд напряжения и тока:

от 0 до ; от 0 до ; от 0 до ; от U_КН до Е_К.

А мплитуда выходного напряжения:

Передаточная характеристика:

Чем уже переходная область, тем лучше передаточная характеристика транзисторного ключа.

–идеальная характеристика

Транзисторный ключ с общим эмиттером

В усилительных каскадах биполярный транзистор работает с малыми сигналами. Входной сигнал не превышает температурный потенциал.

Принцип действия каскада

Нагрузочная прямая:

a) Uк = 0; I = Uп/Rк;

б) Iк = 0; Uк = Uп;

Точка А — пересечение нагрузочной прямой с ВАХ транзистора при токе базы Iб = Iба (ток базы в активном режиме). В этой точке выполняется соотношение для входных сигналов. Eг=Iба(Rг+Rб)+Uбэа Uбэа — падение напряжения на прямо смещенном эмиттерном переходе. В зависимости от степени легирования эмиттера и базы Uбэа = 0,65...0,8.