5fan_ru_Биполярные транзисторы. Вольт-амперные характеристики тр. Биполярные транзисторы Биполярный транзистор
 Скачать 354.93 Kb.
|
|
Биполярные транзисторы Биполярный транзистор представляет собой систему двух взаимодействующих р-n-переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются носителями зарядов обоих знаков – основными и неосновными. В зависимости от чередования р- и n-областей различают транзисторы n-p-n типа и p-n-p типа.  Одна из крайних областей имеет более высокую степень легирования примесями и меньшую площадь. Её называют эмиттером. Другую крайнюю область называют коллектором. Среднюю область транзистора называют базой. Переход, образованный эмиттером и базой, называют эмиттерным переходом, а переход, образованный коллектором и базой, – коллекторным переходом. Эмиттер имеет самую высокую концентрацию примесей. Концентрация примесей в коллекторе на 5 – 6 порядков меньше. Концентрация примесей в базе еще на 5 – 6 порядков меньше. Толщина базы меньше длины свободного пробега электронов.   Включим внешние источники напряжения Uэб и Uбэ так, что эмиттерный переход транзистора сместится в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. При этом будет происходить инжекция электронов из эмиттера в базу. Под воздействием градиента концентрации инжектированные электроны будут двигаться по направлению к коллектору. Часть электронов рекомбинирует в базе. Поскольку база относительно тонкая, то основная часть электронов пролетает базу и оказывается на границе перехода Б-К. Но электрическое поле перехода Б-К для электронов включено согласно и электроны втягиваются полТаким образом, электроны выходят из эмиттера под действием диффузионных сил, а втягиваются в коллектор под действием сил электрического поля. В результате рассмотренных процессов нарушается равновесное состояние зарядов всех структур. Равновесное состояние зарядов должно восстановиться за счет носителей внешних источников. ем в структуру коллектора. Ушедшие из эмиттера электроны восполняются электронами источника Uэб, пришедшие в коллектор электроны компенсируются дырками источника Uбк, рекомбинировавшие дырки базы – дырками источника Uэб. В результате во внешних цепях потекут токи Iэ, Iк, Iб. По закону Кирхгофа Iэ = Iк + Iб. Iэ = Iк + Iб. Работу транзистора характеризуют параметром α  - Параметр называетсякоэффициент передачи тока эмиттера Кроме основных носителей в коллекторе имеются неосновные носители - дырки. Для них поле коллектора включено согласно и они начнут переходить в базу также нарушая равновесное состояние коллектора и базы. Равновесие восстанавливается приходом дырок от источника Uбк, создавая ток Iкб . Таким образом, в коллектор втекает ток IК и Iкб0 В базу втекает ток Iб и Iкб0.  Коэффициент α имеет величину 0,95 ÷ 0,99, т.е. весьма близкую к единице. Ток Iк >>  , поэтому в большинстве случаев обратный ток коллектора  можно не учитывать. Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ) Свойства транзистора описывают с помощью характеристик. Для их получения воспользуемся моделью транзистора на постоянном токе моделью Молла-Эберса. P-n- переходы представим в виде двух диодов, подключенных к источникам напряжения.  Транзистор, имеющий входную и выходную цепи, можно рассматривать как четырехполюсник. Так как у транзистора всего три вывода, то один из выводов неизбежно должен быть общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ); с общим эмиттером (ОЭ); с общим коллектором (ОК).  Основными статическими вольт-амперными характеристиками биполярного транзистора являются входные и выходные характеристики. Входные характеристики - зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении, являющимся параметром. Iэ = ƒ(Uэб,Uкб) Выходные характеристики - зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе, являющимся параметром. Iк = ƒ(Uкб,Iэ) Характеристики, полученные при разных значениях параметра, образуют семейство характеристик.              Классификация и система обозначений В основу системы положен буквенно-цифровой код. 1-й элемент: Г или 1 – германий, К или 2 – кремний или его соединения, А или 3 – соединения галлия, И или 4 – соединения индия. Буквенные символы присваиваются приборам общего применения. Числовые - приборам специального применения. В основу системы положен буквенно-цифровой код. 2-й элемент: Т – подкласс прибора – транзистор биполярный.  4-й элемент – классификационный литер – буква. Дополнительные знаки: С – сборки транзисторов в одном корпусе, Цифра – бескорпусные транзисторы.      Эквивалентные схемы замещения транзисторов Эквивалентные схемы (модели) необходимы для проведения анализа и синтеза электро- и радиотехнических схем Рассматриваемые далее эквивалентные схемы можно использовать при условии: транзистор работает в линейном режиме, изменения токов и напряжений малы по амплитуде, нелинейные ВАХ можно заменить линейными, параметры транзистора в общем случае являются дифференциальными. Используют:  - физическую Т-образную эквивалентную схему,формальную модель: в h-параметрах, в Z-параметрах, в R-параметрах.  Физическая Т-образная эквивалентная схемаЭквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий эмиттер (ОЭ). Установим в центре базы теоретическую точку. Между точкой и выводом базы имеется распределенное объемное сопротивление базы. Обозначим его символом rб.    Эквивалентная схема составлена для постоянного тока.Схему можно распространить и для переменного тока, приняв допущения: амплитуда переменной составляющей тока и напряжения много меньше величины постоянной составляющей,   нелинейные ВАХ считаем линейными.      Таким образом, получена обычная электротехническая цепь, состоящая из пассивных и активных элементов. К ней применимы все законы электротехники, позволяющие проводить анализ и синтез цепей. Генератор тока В·Iб можно заменить генератором напряжения на основании теоремы об эквивалентном генераторе. Тогда в схеме останутся генераторы напряжений. Недостаток модели состоит в том, что r-параметры можно получить только теоретически, расчетным путем. Схема включения транзистора ОБ   Транзистор как линейный четырехполюсник Формальная модель  Недостаток физической схемы состоит в том, что r-параметры можно получить только теоретически, расчетным путем. Модель применима при условии: - транзистор работает в линейном режиме, - изменения токов и напряжений малы по амплитуде, - нелинейные ВАХ можно заменить линейными. Наибольшее распространение получила система в h-параметрах (комбинированная система). Наибольшее применение в схемотехнике получила схема включения транзистора ОЭ. Поэтому рассмотрим параметры применительно к такой схеме включения.  Рассмотрим систему уравнений. В общем виде уравнения системы нелинейные. Учитывая введенные ранее ограничения, уравнения будем считать линейными.   Представим четырехполюсник в виде системы линейных дифференциальных уравнений.Полный дифференциал можем заменить частным дифференциалом. От частного дифференциала по определению можно перейти к приращению ∆. От приращений согласно договоренностей перейдем к переменным токам и напряжениям малой амплитуды в частности синусоидальной формы.             Способы получения h- параметров h-параметры можно получить экспериментальным путем: прямым измерением, с помощью вольт-амперных характеристик.     h- параметры ВАХ транзистора существенно нелинейные. Поэтому значение h-параметров зависит от точки, в которой они определяются. Изменение температуры также влияет на вид и положение ВАХ транзистора. Поэтому значение h-параметров зависит и от температуры. Эти зависимости приводятся в справочной литературе. В справочной литературе приводятся также таблицы переводов из одной системы параметров в другие системы, для схемы включения транзистора ОБ и ОЭ. |