7. Биполярный транзистор. Режимы работы.
Каждый из p–n-переходов транзистора может быть смещён либо в прямом, либо в обратном направлениях. В зависимости от этого различают четыре режима работы транзистора:
активный (усиления). Эмиттерный переход смещён в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.
Так как эмиттерный переход смещён в прямом направлении, происходит инжекция носителей из эмиттера в базу. Поскольку
область эмиттера легирована сильнее, чем область базы, поток электронов преобладает над потоком дырок. Из-за малой толщины базы почти все электроны, пройдя базу, достигают коллектора. Только малая доля электронов рекомбинирует в базе с дырками. Коллекторный переход смещён в обратном направлении, поэтому электроны, достигшие коллекторного перехода, втягиваются полем перехода в коллектор. Происходит переход электронов в коллектор.
В активном режиме ток коллектора управляется током эмиттера (или напряжением эмиттерного перехода) и почти не зависит от напряжения на коллекторном переходе, поскольку последний смещен в обратном направлении. Активный режим является основным, если транзистор используется для усиления сигналов.
2) Режим отсечки. Инжекция основных носителей в область базы наблюдается в том случае, если эмиттерный переход смещён в прямом направлении. Если напряжение Uбэ меньше пороговой величины (0.6 В для кремниевых транзисторов), заметной инжекции носителей в базу не наблюдается. При этом Iэ = Iб = 0 . Следовательно, ток коллектора также равен нулю. Таким образом, для режима отсечки справедливы условия: Uбэ <0.6B или Iб = 0 .
3) Режим насыщения. Если оба перехода смещены в прямом направлении, носители инжектируются в базу как из эмиттера, так и из коллектора. В этом режиме ток коллектора не зависит от тока базы. Коллекторный переход отпирается, если напряжение коллектор-база Uкб < -0.4 В. При этом напряжение коллектор-эмиттер не превышает напряжение насыщения: Uкэ </= Uкэ. нас . Значение Uкэ нас находится в пределах 0,2–0,3 В. Режимы отсечки и насыщения биполярных транзисторов являются основными, когда они работают в ключевых и логических схемах.
4) Инверсный режим. Транзистор можно включить так, что коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. При этом эмиттер играет роль коллектора, а коллектор – эмиттера. Такой режим работы биполярного транзистора называют инверсным. Однако коллектор и эмиттер изготавливают неодинаковыми, с тем, чтобы наибольшее усиление достигалось в активном режиме. В инверсном режиме усиление транзистора невелико. Такой режим используют в некоторых цифровых схемах.
8. Биполярный транзистор. Назначение и физический смысл h-параметров. Определение h-параметров по статическим входным и выходным характеристикам.
Биполярный транзистор можно представить как четырехполюсник и рассчитать его параметры для такой схемы. Для транзистора как четырехполюсника характерны два значения тока I1 и I2 и два значения напряжения U1 и U2
В зависимости от
того, какие из этих параметров выбраны
в качестве входных, а какие в качестве
выходных, можно построить три системы
формальных параметров транзистора как
четырехполюсника. Это системы z-параметров,
y-параметров и h-параметров.
Система h-параметров используется как комбинированная система из z и y- параметров, причем выбирается режим короткого замыкания на выходе (U2 = 0) и режим холостого хода на входе (I1 = 0). Поэтому для системы h-параметров в качестве входных параметров задаются ток I1 и напряжение U2, а в качестве выходных параметров рассчитываются ток I2 и напряжение U1, при этом система, описывающая связь входных I1, U2 и выходных I2, U1 параметров, выглядит следующим образом:
U1 = h11*I1 + h22*I2
I2 = h21*U1+ h22*U2
Значения коэффициентов в уравнении для h-параметров имеют следующий вид:
h11 = U1/ I1 - входное сопротивление при коротком замыкании на выходе; U1= Uэ; U2= Uк
h22 = I2/ U2 - выходная проводимость при холостом ходе во входной цепи; I1= Iэ; I2=Iк
h12 = U1/ U2 - коэффициент обратной связи при холостом ходе во входной цепи;
h21= I2/ I1 - коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе.
Таким образом, определив h-параметры, можно произвести аналитический расчет внутренних параметров транзистора.