Основные теоретические положения. Биполярный транзистор представляет собой систему двух взаимодействующих р-n-переходов

Биполярный транзистор представляет собой систему двух взаимодействующих р - n -переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются носителями зарядов обоих знаков – основными и неосновными, что отражено в названии транзистора. В зависимости от чередования р - и n -областей различают биполярные транзисторы n-p-n структуры и p-n-p структуры.

Одна из крайних областей имеет более высокую степень легирования 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.

Рассмотрим принцип действия транзистора n-p-n структуры.

Пусть эмиттерный переход транзистора смещён в прямом направлении,

а коллекторный – в обратном (рисунок 7). Поскольку эмиттер легирован намного сильнее базы, то при прямом смещении эмиттерного перехода 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 и образует ток базы I _Б. Но поскольку база тонкая, то основная часть электронов дойдет до коллекторного перехода, будет захвачена ускоряющим полем перехода и переброшена в коллектор, создавая ток коллектора.

Полный ток коллектора I _К складывается из тока электронов, дошедших до коллектора, и обратного тока коллекторного перехода I _КБО, не зависящего от тока эмиттера

I _К = α I _Э + I _КБО,

где α – статический коэффициент передачи тока эмиттера.

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 для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора:

· с общей базой (ОБ);

· с общим эмиттером (ОЭ);

· с общим коллектором (ОК).

Наибольшее распространение в схемотехнике получила схема ОЭ.

Как любой четырехполюсник транзистор характеризуется следующими формальными параметрами.

Входное сопротивление – h ₁₁ = ∆ U _БЭ/∆ I _Б.

Выходное сопротивление – 1/ h ₂₂ = ∆ U _КЭ/∆ I _К.

Коэффициент передачи по току h ₂₁ = ∆ I _R/∆ I _Б, h ₂₁ = B.

Коэффициент внутренней обратной связи h ₁₂ = ∆ U _БЭ/∆ U _КЭ.

Основными статическими вольт-амперными характеристиками биполярного транзистора являются входные и выходные характеристики.

Под входными характеристиками понимают зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении, являющимся параметром.

Под выходными характеристиками понимают зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе, являющимся параметром.

Характеристики, снятые при разных значениях параметра, образуют семейство характеристик.

Рассмотрим статические вольт-амперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. В этом случае входная характеристика представляет собой зависимость тока базы I _Б от напряжения база-эмиттер U _БЭ при постоянном напряжении коллектор-эмиттер U _КЭ:

I _Б = f (U _БЭ); U _КЭ = const,

а выходная характеристика – зависимость тока коллектора I _К от напряжения коллектор-эмиттер U _КЭ при постоянном токе базы I _Б:

I _К = f (U _КЭ); I _Б = const.

Рассмотрим входные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим
эмиттером (рисунок 9). Пусть U _КЭ = 0. При этом оба перехода включены в прямом направлении. Транзистор работает в режиме насыщения. Электроны переходят в базу как из эмиттера, так и из коллектора.

В этом режиме при заданном напряжении база-эмиттер ток базы будет максимальным.

При U _КЭ > U _БЭ (например, при
U _КЭ = 1 В) транзистор переходит в нормальный активный режим. В этом режиме ток базы резко уменьшается.

Поскольку при U _КЭ > 1 В входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером слабо зависят от напряжения коллектор-эмиттер, то в справочниках обычно приводят две характеристики: одну при U _КЭ = 0, а вторую – при U _КЭ > 1 В, для маломощных транзисторов указывается U _КЭ = 5 В.

При увеличении температуры входные вольт-амперные характеристики
будут смещаться влево с температурным коэффициентом напряжения

ТКН ≈ – 2 мВ/⁰С.

Найдем связь тока коллектора с током базы в нормальном активном режиме

I _К = α· I _Э + I _КБО.

Но I _Э = I _К + I _Б. Тогда

I _К = α· I _К + α· I _Б + I _КБО.

Разрешим полученное уравнение относительно тока коллектора

.

Величину называют статическим коэффициентом передачи тока базы.

Если α = 0,99, то В = 99.

Таким образом, в схеме с общим эмиттером коэффициент передачи по току
В >> 1, в отличие от схемы с общей базой, в которой коэффициент передачи по току α < 1.

С учетом введенного обозначения получим

I _К = В · I _Б + (В + 1) I _КБО.

При токе базы I _Б = 0 в цепи коллектора протекает обратный ток коллектор-эмиттер

I _КЭ0 = (В + 1) I _КБО.

Для транзисторов на основе кремния ток I _КЭ0 << I _К.

Поэтому коэффициент передачи тока базы определяют на основе соотношения

В = I _К / I _Б.

Рассмотрим выходные вольт-амперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (рисунок 10).

В активном режиме с ростом напряжения коллектор-эмиттер ток коллектора возрастает, что обусловлено эффектом модуляции толщины базы.

В схеме с общим эмиттером выходные характеристики сильно зависят от температуры, смещаясь с ростом температуры вверх, что объясняется увеличением коэффициента В.

Табл. 4.Выбор варианта и типа транзистора.

№ Варианта	Тип транзистора	№ Варианта	Тип транзистора
	Q2N4400		PN2369
	Q2N2895		PN2369A
	Q2N2896		PN4274
	ВС394		PN4275
	BF258		PN5134
	BSS71		PN5135
	Q2N3500		PN5136
	Q2N3501		PN5137
	Q2N4014		PN3642
	Q2N4400		PN3641

 

5. Проведение измерений

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Date: 2015-05-09; view: 561; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА...