Режим отсечки

В данном режиме оба p-n перехода прибора смещены в обратном направлении (оба закрыты). Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении. В этом случае через оба р-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера (IЭБО) И коллектора (IКБО). Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет из себя своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току I_вых/I_вх.

• Входное сопротивление R_вх=U_вх/I_вх

7) Для расчета малосигнального режима в электронной цепи, в котором рассматриваются только переменные составляющие токов и напряжений, используются схемы замещения транзистора. В области низких и средних частот описание транзистора системой гибридных уравнений приводит к резистивной схеме рис. 14.4, а. Распространена также одногенераторная схема (рис. 14.4, б). Параметры первой схемы непосредственно выражаются через H-параметры транзистора.

Рис. 14.4

Определим связи между параметрами одногенераторной схемы и гибридными параметрами, рассматривая режим короткого замыкания на выходе ( ) в схеме рис. 14.4, б. Входное напряжение складывается из суммы падений напряжения на R_б и параллельно включенных R_э и R_к. Сумма токов, протекающих в параллельных ветвях, равна ( + 1)İ₁, и поэтому . Так как при коротком замыкании на выходе из системы H-уравнений следует , то параметры обеих схем связаны соотношением, приведенным в табл. 14.1. Выходной ток İ₂  в рассматриваемом режиме определяется разностью . Отсюда следует, что . Поэтому выходной ток при коротком замыкании на выходе (  ) равен или . Отсюда имеем соотношение для H₂₁ (см. табл. 14.1). Две другие связи определим из рассмотрения режима холостого хода на входе. В этом случае при İ₁ = 0 ток управляемого источника в схеме на рис. 14,4, б отсутствует, и она содержит только пассивные элементы. При питании цепи со стороны выходных зажимов ток  İ₂ протекает через элементы R_к и R_э. Поэтому значение выходного тока равно , а на входе имеем напряжение, определяемое падением на R_э: . Сопоставление полученных связей с H-уравнениями в режиме холостого хода на входе: , — дает возможность определить выражения для H₁₂ и H₂₂, приведенные в Табл. 14.1.

Таблица 14.1

H-параметры	Параметры одногенераторной схемы
	В общем случае	При H12 = 0
H11 = Rб + (1+) H12 = H21 =  – (1 + ) H22 =	Rб = H11 –H12(H21 + 1)/H22 Rэ = H12/H22 Rк = (1 – H12)/H22  = (H21 + H12)/(1 – H12)	Rб = H11 Rэ = 0 Rк = 1/H22  = H21

Обратные соотношения, выражающие параметры одногенераторной схемы через H-параметры, найдем, разрешая систему первого столбца таблицы относительно R_б, R_э, R_к и . Это дает результаты, приведенные во втором столбце таблицы.

При пренебрежении малым параметром H₁₂ все связи существенно упрощаются, и возможно отождествление отдельных параметров одногенераторной схемы с H-параметрами. Соответствующая схема замещения показана на рис. 14.5, а.

Рис. 14.5

Учитывая соотношения между параметрами H₁₁ << 1/H₂₂, можно принять более простую модель транзистора с нулевой выходной проводимостью H₂₂ = 0 (рис. 14.5, б). В еще более приближенной модели отсутствует входное сопротивление (H₁₁ = 0). Такое идеализированное описание транзистора приводит его схему замещения к идеальному источнику тока, управляемому входным током (рис. 14.5, в).

Т-образная схема:Полученные в предыдущих разделах соотношения описывают взаимосвязь входных и выходных параметров биполярного транзистора в аналитической форме. Существует и другая форма представления этой взаимосвязи в виде эквивалентных схем, когда реальные процессы в нелинейных устройствах можно заменить на набор активных (источники тока и напряжения) и пассивных (резисторы, емкости) элементов, адекватно описывающих взаимосвязь входных и выходных параметров. На основе рассмотренных характеристик представим эквивалентную схему транзистора при включении по схеме с общей базой в следующем виде. Основные пассивные элементы (сопротивления r_э, r_к, r_б, емкости коллекторного С_Б и эмиттерного С_Д переходов), активные элементы (генератор тока αI_э в коллекторной цепи, источник ЭДС μ_экU_к в эмиттерной цепи, отражающей обратную связь между эмиттером и коллектором) изображены на эквивалентной схеме (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общей базой

Приведенная эквивалентная схема справедлива для рассмотрения статических характеристик биполярного транзистора, а также для рассмотрения этих характеристик в области низких частот. Эта схема называется Т-образной эквивалентной схемой, отражает основные физические процессы, происходящие в транзисторе, и удобна для их анализа (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Эквивалентная схема биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Основные параметры эквивалентной схемы транзистора выражаются через конструктивно-технологические параметры следующим образом:

Величины коэффициентов α, r_э, r_к, μ_эк для биполярного транзистора лежат в пределах:

α = 0,95÷0,995, r_э = 1÷10 Ом, r_к = 10÷10⁶ Ом, μ_эк = 10^-3÷10^-5.

Для биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером эквивалентная схема выглядит аналогично.

Основные параметры эквивалентной схемы имеют тот же вид, что и в схеме с общей базой, кроме С_к^* и r_к^*, равных: С_к^* = С_к(β + 1), r_к^* = r_к(β + 1).

8) Особенность работы транзистора на высоких частотах заключается также в появлении эффекта оттеснения носителей к краям эмиттера, в результате чего происходит перераспределение плотности тока и значительная часть площади эмиттера не используется, а максимальная плотность тока образуется в узкой кромке по периметру эмиттера.

Импульсные свойства транзисторов важны для работы в цифровых и импульсных устройствах.

При работе транзистора в импульсных схемах различают режимы малого и большого сигнала. При малом сигнале транзистор работает в активном режиме как усилитель. При большом сигнале переходит скачком из режима отсечки в режим насыщения и обратно, т.е. выполняет функции электрического ключа (ключевой режим).

Скорость перехода транзистора из режима отсечки в режим насыщения и обратно зависит от скорости накопления и рассасывания неравновесных зарядов в базе, т.е. заряда и разряда диффузной емкости эмиттерного перехода.

 

t₂ - t₁ - время задержки коллекторного тока (мало);

t₃ - t₁ - время установления;

t₅ - t₄ - время задержки выключения;

t₈ - t₄ - время рассасывания заряда;

t₃ - t₂ - длительность переднего фронта импульса коллекторного тока;

t₈ - t₂ - длительность заднего фронта импульса коллекторного тока.

Наилучшие параметры в режиме переключения имеют транзисторы, выполненные по планарной технологии.

Кроме того, широко используются сплавные и диффузионно-сплавные. Например транзистор 1Т308А имеет время включения 0,1...0,25 мкс, время выключения 1...1,3 мкс. Недостаток - низкое пробивное напряжение эмиттерного перехода.

Рис. 7. Процесс переключения транзистора

Параметры транзистора в режиме большого сигнала. Для характеристики работы транзистора в режиме большого сигнала используются специальные параметры:

- интегральный (статический) коэффициент усиления по току

(вместо малосигнального h₂₁);

- статическая крутизна характеристики прямой передачи

(в схеме ОБ); (в схеме ОЭ);

- напряжение U_{К нас} между коллектором и эмиттером в режиме насыщения;

- напряжение U_{Б нас} между базой и эмиттером в режиме насыщения;

- время рассасывания t_р, определяемое как интервал времени, в течение которого после подачи запирающего импульса напряжение на коллекторе падает до величины 0,1.

12)Фотоприемники Параметры излучения, преобразуя модулированное по интенсивности световое излучение в электрический сигнал, осуществляют детектирование света. Основными параметрами приемников являются чувствительность, темновой ток и порог чувствительности. Параметры определяются при заданных источнике излучения (обычно монохроматическом), электрическом режиме и температуре.

Чувствительность представляет собой отношение изменения электрической величины на выходе приемника, вызванного падающим на него излучением, к количественной характеристике этого излучения, представленной любой энергетической или фотометрической величиной. Для приемников ВОСП обычно указывается монохроматическая чувствительность по току. Электрической величиной на выходе здесь является ток, а количественной характеристикой излучения — мощность монохроматического источника на входе приемника с заданной длиной волны. Чувствительность S_λ имеет размерность А/Вт.

 Где, ΔI- приращение фототока; ΔP_λ- изменение плотности монохроматического потока.

Темновым током называют постоянный ток, протекающий через приемник в отсутствие действия светового потока в диапазоне спектральной чувствительности. Темновой ток является одним из источников шума.

Порог чувствительности определяется как среднеквадратическое значение первой гармоники действующего на приемник модулированного потока излучения источника фотосигнала, при котором среднеквадратическое значение первой гармоники напряжения (тока) фотосигнала равно среднеквадратическому значению напряжения (тока) шума, приведенному к единичной полосе на частоте модуляции потока излучения. Иными словами порог чувствительности находится, когда отношение сигнал-шум на выходе в полосе 1 Гц равно единице.

Где, ΔP-порог чувствительности; m-число, в которое сигнал фотоприемника превышает уровень шума; S-чувствительность; u²_ш - уровень шума, заданный как дисперсия.

Помимо указанных параметров в паспорте приборов приводятся некоторые параметры электрической эквивалентной схемы (на пример, емкость, последовательное сопротивление), параметры предельно допустимого режима (допустимые значения напряжения, мощности, рабочих температур), а также условия хранения приборов.

Основными характеристиками приборов являются вольтамперная, спектральная, энергетическая, частотная и переходная. Вольт-амперная характеристика строится для заданных входной мощности температуры. Остальные характеристики соответствуют указанному электрическому режиму и постоянной температуре. Спектральная характеристика отражает зависимость монохроматической чувствительности от длины волны регистрируемого потока излучения.

Она может быть абсолютной и относительной. В первом случае по оси ординат откладывается абсолютная величина чувствительности (например, в А/Вт), во втором — относительная величина, отнесенная к максимуму спектральной чувствительности. Энергетической характеристикой называют зависимость фототока от входной мощности оптического излучения.Частотная характеристика представляет собой зависимость чувствительности от частоты гармонической модуляции потока излучения. Переходная нормированная характеристика определяется под действием импульса оптического излучения в форме единичной ступени. Это — зависимость от времени отношения фототока, описывающего реакцию приемника установившемуся значению фототока. Переходная характеристика может быть прямой и обратной. Первая соответствует ступеньке появления излучения, вторая — прекращению излучения.Энергетическая, частотная и переходная характеристики определяются для источника с заданной длиной волны. Частотная и переходная характеристики обычно приводятся для фиксированного сопротивления нагрузки. По этим характеристикам находят параметры, описывающие частотные и импульсные свойства прибора: предельную частоту, время нарастания и спада.

Виды фотоприемников:

Фотоэлектрические приемники излучения используют внешний и внутренний фотоэффекты. Фотоэлементы с внешним фотоэффектом -это вакуумные и газонаполненные фотоэлементы и фотоумножители. Принцип действия этих фотоэлементов заключается в том, что кванты света, достигая поверхности фотокатода, выбивают электроны, которые увлекаются внешним электрическим полем и создают фототок.

Фотоэлементы с внутренним фотоэффектом — это фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. В дальнейшем будем рассматривать только фотоэлементы с внутренним фотоэффектом.