2.2 Параметри та характеристики транзистора

Параметри постійного струму

Параметри постійного струму характеризують величини некерованих струмів транзистора, які пов’язані із зворотніми струмами переходів.

Рисунок 2.5 – Транзистор у виді чотириполюсника

Зворотній струм колектора I_к.о – струм через перехід база-колектор при відключеному емітері та заданій зворотній напрузі на колекторі. Струм I_к.о характеризує якість колекторного переходу транзистора і є основною причиною температурної нестабільності режиму транзистора у схемі. Чим менше значення має I_к.о, тим транзистор має кращі температурні характеристики [1, 4].

Малосигнальні параметри транзистора

Малосигнальні параметри транзистора характеризують його роботу при дії малого сигналу. Практично такий режим застосовується у підсилювачах високих частот, а також у попередніх підсилювачах низької частоти. Як малий прийнято вважати такий сигнал, вплив якого викликає у транзисторі змінні струми, які є значно меншими за постійні. Сигнал вважається малим, якщо при зміні його величини удвічі, величини параметрів транзистора залишаються незмінними у межах заданої точності вимірювань. Оскільки транзистори мають яскраво виражені нелінійні властивості, то величини малосигнальних параметрів суттєво залежать від вибору режиму роботи. Існує 3 можливих варіанти ввімкнення транзистора (рис. 2.6): з загальним емітером (ЗЕ), загальною базою (ЗБ) та загальним колектором (ЗК).

З рис. 2.6 видно, що загальним є той електрод транзистора, який у конкретній схемі ввімкнення пов’язаний як з вхідною так і з вихідною ланками чотириполюсника.

а – з загальним емітером;

б – з загальною базою;

в – з загальним коллектором

Рисунок 2.6 – Схеми ввімкнення біполярного транзистора

Параметри великого сигналу

Параметри великого сигналу характеризують роботу транзистора в тих режимах, у яких струми і напруги змінюються у широких межах (ключові схеми, автогенератори, передкінцеві та кінцеві підсилювачі НЧ та ВЧ).

Статичний коеф. підсилення струму для схеми з ЗЕ знаходиться з виразу:

(2.3)

де І_к, І_б – відповідні струми колектора та бази транзистора,

І_к.о – зворотній струм колектора

Як правило, величина В_ст вимірюється в режимах, у яких:

І_{к.о <<} І_к,

І_{к.о <<} І_б

При цьому :

Відповідно, для схеми з СБ отримаємо:

Параметр В_ст характеризує роботу схеми у тому випадку, коли задається струм бази.

Статичні вольт-амперні характеристики транзисторів

Статичні вольт-амперні характеристики транзисторів використовуються при розрахунку каскадів, які працюють при значних рівнях сигналів, при розрахунку ланок зміщення і стабілізації режиму, а також при розрахунку крайніх станів ключових схем. Найчастіше використовуються два види характеристик – вхідіні та вихідні.

Вхідні характеристики – це залежність вхідного струму (струму бази у схемі з СЕ та струму емітера у схемі з СБ) від напруги між базою та емітером при фіксованих значеннях напруги на колекторі (рис. 2.7 ). Ці характеристики мало залежать від U_к при U_к > 0. Вхідні характеристики мало залежать від розкиду параметрів транзисторів одного типу, але сильно залежать від температури. Підвищення температури призводить до зсуву вхідних характеристик у область нижчих напруг.

а б

а – для схеми з ЗБ,

б – для схеми з ЗЕ

Рисунок 2.7 – Вхідні статичні характеристики транзистора

Вихідні характеристики – це залежність струму колектора від напруги на колекторі при фіксованих значеннях струму бази в схемі з ЗЕ або струму емітера в схемі з ЗБ (рис. 2.8).

При підвищенні температури вихідні характеристики зміщуються в сторону значних струмів і нахил їх збільшується.

По вхідних та вихідних характеристиках можна визначити більшість h – параметрів схем з СЕ та СБ.

Максимально допустимі параметри транзисторів обмежують область допустимих режимів роботи транзистора. Неможна допускати навіть короткочасного перевищення хоча б одного з максимально допустимих параметрів. Неможна також допускати роботу транзистора при максимальному значенні більш ніж одного параметру. При використанні транзисторів у полегшених режимах ( ) різко підвищується їхня надійність. Величини Р_к.max, U_к.max, та І_к.max обмежують область надійної роботи транзистора.

а б

а – для схеми з ЗБ,

б – для схеми з ЗЕ

Рисунок 2.8 – Вихідні статичні характеристики транзистора

Якщо на транзистор є обидва сімейства характеристик (вхідні та вихідні) [1, 4, 5], то задавши певне положення робочої точки (струм та напруга на колекторі), можна визначити параметри малого та великого сигналу транзистора [8, 9].

Динамічний режим

Динамічним режимом роботи транзистора називається режим роботи, при якому у вихідній ланці транзистора вмикається опір навантаження, за рахунок якого зміна вхідного струму або напруги буде викликати зміну вихідної напруги. Рівняня динамічного режиму є рівнянням вихідної динамічної характеристики. Оскільки вого є лінійним, то вихідна динамічна характеристика представляє собою пряму лінію і будується на вихідних статичних характеристиках транзистора [1, 4, 5]. Дві точки для побудови прямої знаходяться з початкових умов. Динамічна характеристика ще називається навантажувальною прямою. Точка перетину навантажувальної прямої з одною з віток вихідної статичної характеристики для заданого струму бази називається робочою точкою транзистора. Робоча точка дає змогу визначати струми і напруги, які діють у реальній схемі.