63. Перечислите и кратко охарактеризуйте признаки работы биполярного транзистора в режиме отсечки. Какими признаками характеризуется при этом транзистор?

Режимом отсечки р⁺⁺ – n – p⁺ БТ называется такое его состояние, при котором на эмиттер относительно базы и на коллектор относительно базы поданы отрицательные потенциалы. При этом величины напряжений U_ЭБ и U_КБ должны быть меньше значений напряжений электрического пробоя. Математически это можно записать так

, . (1)

Характерными признаками, по которым можно определить, что БТ работает в режиме отсечки, являются следующие.

1. Напряжение на ЭП и КП велики и практически имеют величину, примерно равную ЭДС источников питания, подключенным к металлическим выводам Э и К.

2. Токи коллектора, базы и эмиттера, протекающие через металлические выводы крайне малы и практически равны нулю.

Исключение составляет случай «оторванной» базы, когда напряжение приложено непосредственно между Э и К. В этом случае через металлические выводы К и Э протекает «сквозной» ток , (2)

который, при больших «бетта», может достигать относительно большой величины.

3. Дифференциальные сопротивления ЭП и КП велики,

, (3)

, (4)

а сопротивление базы увеличено по сравнению с активным режимом. Таким образом, нетрудно сообразить, что сопротивление между коллектором и эмиттером, как последовательное соединение трех сопротивлений очень большой величины, также будет очень большим. Это позволяет, если вспомнить классификацию компонентов электрической цепи, уподобить БТ, работающий в режиме отсечки, разрыву цепи (точнее электронному ключу к которого разомкнуты вывода коллектора и эмиттера).

4. В режиме отсечки БТ не способен усиливать электрический сигнал по мощности. С точки зрения электротехники БТ в этом режиме представляет ключ, который в идеале не потребляет энергию.

5. В режиме отсечки токи, протекающие через ЭП и КП, крайне малы, поэтому на БТ выделяется очень малая мощность, которая преобразовывается в тепло.

64. Поясните понятие: статистические характеристики биполярного транзистора. Поясните понятие нагрузочной прямой. Изобразите на рисунке распределение напряжений в цепи биполярного транзистора структуры р⁺⁺ – n – p⁺, если между выводом коллектора и источником постоянной ЭДС Е включен резистор R.

Статическими характеристиками транзистора называют математические зависимости между токами и напряжениями на различных выводах транзистора. Они важны для того, чтобы можно было правильно выбирать условия работы транзистора. Обычно их представляют в виде графиков.

Поскольку транзистор прибор с тремя выводами, то если подойти чисто формально, то в принципе можно получить 24 вида статических характеристик. На практике обычно используют три вида: входные; выходные; проходные статические характеристики.

Следует также учитывать, что статические характеристики, вообще говоря, это функции двух независимых переменных. Их графики представляют объемное изображение поверхности в трехмерном пространстве.

Немаловажное значение для понимания работы транзистора представляет умение находить распределение напряжений в выходной цепи БТ для случая, если между выводом коллектора и источником постоянной ЭДС E включен резистор R (рис. 1).

Сложность этой цепи состоит в том, что в ней ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером на транзисторе связаны между собой нелинейной функциональной зависимостью . Поэтому напряжения и токи можно определить только из решения нелинейного уравнения. Наша задача – научиться в цепи с нелинейным элементом определять напряжения и токи.

Рис. 1. Распределение напряжений в выходной цепи биполярного транзистора структуры р⁺⁺ – n – p⁺, если между выводом коллектора и источником постоянной ЭДС E включен резистор R

Согласно второму закону Кирхгофа для схемы можем записать (если обходить контур по часовой стрелке)

(1)

Используя закон Ома для резистора, и, решая уравнение относительно тока, получаем систему уравнений

(2)

Следовательно, ток коллектора, который будет протекать через транзистор, и напряжение U_КЭ находятся из решения системы уравнений.

Первое уравнение системы представляет уравнение прямой линии (3)

Эту линию называют нагрузочной прямой (линией нагрузки) и ее можно построить по двум точкам.

а) При U_КЭ = 0 получаем . В этой точке линия пересекает ось ординат.

б) При I_К = 0 получаем . В этой точке линия пересекает ось абсцисс.

Второе уравнение системы это нелинейная зависимость, которую обычно представляют в виде некой кривой.