Вопрос к контрольной работе №1

9. Привести характеристики биполярного транзистора и объяснить, как по ним определить параметры транзистора.

Существуют различные типы транзисторов. Наиболее распростра­нённые биполярные транзисторы называют просто транзисторами. Термин «биполярный» означает, что в работе этих приборов важную роль играют оба типа носителей: дырки и электроны.

Транзистор имеет три вывода: эмиттер Э, коллектор К и база Б (рис. 1). Транзисторы бывают двух типов: п-р-п и р-п-р (рис. 1, а, б). Они отличаются полярностью на­пряжений и направлениями токов. Стрелки у эмиттера показывают направление эмиттерного тока.

Наибольшее рас­пространение полу­чила схема включе­ния транзистора с общим эмиттером (рис. 1), в которой входной сигнал по­ступает в цепь базы, выходной ток – это ток коллектора, а эмиттер является общим для входной и выходной цепей.

Выходные характеристики транзистора (рис. 2,б) – это зависимости коллекторного тока I_K от напряжения коллектор-эмиттер U_КЭ при посто­янном токе базы I_Б. На крутом (почти вертикальном) участке выходные характеристики сливаются. На пологих участках, где U_КЭ > U_КЭ.Н. ток коллектора зависит в основном от тока базы и мало зависит от напряже­ния U_КЭ. Эти участки почти горизонтальны. Характеристики транзисто­ра сильно зависят от температуры. Ток коллектора увеличивается на десятки процентов при увеличении температуры на каждые 20-30 °С, что приводит к смещению выходных характеристик, как показано пунк­тирной линией для характеристики с током базы (U_Б2)' (рис. 2, б).

Входная характеристика транзистора (рис. 2, а) – это зависимость тока базы I_Б от напряжения база-эмиттер U_БЭ при постоянном напряжении коллектор-эмиттер U_КЭ. Входная характеристика подобна характеристике полупроводникового диода, но при U_КЭ > U_КЭ.Н смещена вниз на величину I_K0.

При разрыве в цепи эмиттера (рис. 3) переход коллектор-база представляет собой диод, на который по­дано обратное напряжение, и через который протекает обратный ток коллекторного перехода I_K0.

Токи транзистора связаны между собой соотношениями:

I_Э = I_K + I_Б β = ΔI_K/ΔI_Б ΔI_K = βΔI_Б ΔI_Э = (1+β)ΔI_Б

где β – коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером; типич­ные значения β ≈ 20÷200. Символ Δ означает, что речь идёт о прира­щениях или переменных составляющих. Коэффициент β зависит от тем­пературы, тока коллектора и имеет большой разброс от экземпляра к эк­земпляру. На высоких частотах β уменьшается из-за инерционности процессов в транзисторе.

Коэффициент передачи тока β можно определить по выходным характеристикам. Например, при увеличении тока базы от I_Б1 до I_Б2 (рис. 2, б) ток коллектора увеличится от I_K1 до I_K2. Значит:

β = ΔI_K/ΔI_Б = (I_K2−I_K1)/(I_Б2−I_Б1).

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода r_к опре­деляется выражением: r_к = ΔU_КЭ/ΔI_K. Эти приращения показаны на рис. 2, б для характеристики с током базы I_Б3. Чем ниже расположена харак­теристика, тем меньше её наклон и тем больше r_к. При расчётах в боль­шинстве случаев величиной r_к пренебрегают, т.е. считают, что r_к очень большое. Это означает, что выходные характеристики горизонтальны, а со стороны коллектора транзистор представляет собой идеальный ис­точник тока с бесконечно большим внутренним сопротивлением.

Входное сопротивление транзистора (сопротивление база-эмиттер) можно определить по входным характеристикам: r_ВХ.ТР = r_БЭ = ΔU_БЭ/ΔI_Б (рис. 2, а). величина r_БЭ зависит от угла наклона входных характери­стик: чем меньше ток базы, тем больше входное сопротивление. При коллекторном токе меньше нескольких миллиампер можно пользовать­ся упрощённой формулой:

r_БЭ = βφ_Т/I_K (1)

где φ_Т − температурный потенциал, равный при комнатной температуре 25 мВ.

Например, при β =100 и I_K = 1 мА получим r_БЭ = (100∙25∙10^-3)/10^-3 = 2500 Ом.

Транзистор, имеющий два входных и два выходных зажима, можно рассматривать как активный четырёхполюсник, h-параметры которого связаны с физическими параметрами транзистора следующим образом:

× коэффициент передачи по току h₂₁ = β,

× входное сопротивление h₁₁ = r_БЭ,

× выходная проводимость h₂₂ = 1/r_K.