Главная Случайная страница


Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?

Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника






ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. Биполярные транзисторы являются наиболее универсальными и распространёнными полупроводниковыми приборами





 

Биполярные транзисторы являются наиболее универсальными и распространёнными полупроводниковыми приборами, предназначенными для усиления и генерирования электрических колебаний. Они имеют трёхслойную структуру p-n-p или n-p-n (рис. 3.1). Каждый слой имеет вывод, название которого совпадает с названием слоя или области транзистора. Среднюю область транзистора называют «базой», а крайние - «эмиттером» и «коллектором».

 
 

 

 


Транзисторы получили название «биполярные» потому, что перенос тока в них осуществляется носителями заряда двух типов: электронами n и дырками p. Обычно концентрации носителей в областях различны и выполняются условия nэ >> pб и nэ > nк (для транзистора n-p-n-типа).

Биполярный транзистор имеет два p-n-перехода - эмиттерный «ЭП» и коллекторный «КП», и два запирающих слоя с контактными разностями потенциалов jк и jэ, обусловливающих напряжённости ЕК и ЕЭ электрических полей в них.

В зависимости от выполняемых в схеме функций транзистор может работать в четырёх режимах: активном, насыщении, отсечки и инверсном.

В активном режиме транзистор работает в усилителях, когда требуется усиление электрических сигналов с минимальным искажением их формы, при этом на эмиттерный переход подают внешнее напряжение UБЭ в прямом направлении, а на коллекторный переход в обратном. Механизм образования токов в транзисторе заключается в следующем: основные носители эмиттера nЭ под действием напряжения UБЭ преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся основные носители базы pБ, которых значительно меньше, поскольку концентрация примеси в базе мала. При этом в эмиттерной цепи появляется ток Iэ = I + I. Электроны nЭ, инжектированные в базовую область, вследствие градиента концентрации, продвигаются к коллекторному переходу через базу. По пути следования некоторые из них рекомбинируют с дырками pБ базы (в реальных транзисторах от 0,1 до 0,001 количества носителей заряда, покинувших эмиттер). Остальные электроны nЭ, инжектированные в базу, достигают коллекторного перехода, на который подано обратное напряжение UКБ, поэтому они с ускорением перебрасываются в коллектор полем перехода ЕК и во внешней цепи коллектора появляется ток IK » I.



Таким образом, основные носители эмиттера - электроны, образующие ток IЭ, частично теряются в ЭП и в области базы (рекомбинируют с дырками). Эти потери составляют ток базы IБ. Остальная их часть достигает коллектора, где рекомбинирует с дырками поступающими из внешней цепи в виде тока Iк. Уход электронов из эмиттера восполняется генерацией пар электрон - дырка в эмиттерной области и отводом дырок во внешнюю цепь в виде тока Iэ. Расход базы на рекомбинацию компенсируется их притоком в виде тока Iб. Следовательно, в транзисторе протекают три тока:

IЭ = I+ I - ток основных носителей эмиттера и базы;

IБ = I + InЭрек - IКО, где I - ток основных носителей базы, InЭрек - ток рекомбинации электронов эмиттера в толще базы и IКО - тепловой ток обратносмещённого коллекторного перехода;

IК = I' + IКО, где I' - ток перенесённый из эмиттера в коллектор.

Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением IЭ = IК + IБ, которое можно переписать в приращениях: DIЭ = DIК + DIБ. Таким образом, при появлении переменной составляющей входного тока (в рассматриваемом случае это ток базы), появляется переменная составляющая выходного (коллекторного) тока, который во много раз больше тока базы. Если в цепи коллектора включить резистор, то падение напряжения UВЫХ на нём окажется значительно больше переменного напряжения UВХ входного сигнала, т.е. транзистор усиливает входной сигнал.

В активном режиме транзистор управляется в любой момент процесса усиления, т.е. каждому изменению входного сигнала соответствует изменение выходного.

В режиме насыщения на оба перехода транзистора подаётся прямое напряжение. При этом в базу инжектируются потоки основных носителей эмиттера и коллектора, и сопротивление промежутка коллектор-эмиттер транзистора резко уменьшается. В этом режиме транзистор не управляется. Режим насыщения используется в тех случаях, когда необходимо уменьшить (почти до нуля) сопротивление цепи, в которую включен транзистор. Этот режим используется в цифровых схемах, как одно из устойчивых состояний электронного ключа.

В режиме отсечки оба перехода транзистора закрыты, так как на них подают обратное напряжение. В этом режиме транзистор обладает большим сопротивлением. Обратные токи эмиттерного IЭБО и коллекторного IКБО переходов малы (особенно для кремниевых транзисторов). Этот режим также используется в цифровых схемах, как второе устойчивое состояние электронного ключа.

В инверсном режиме эмиттерный переход заперт, а коллекторный отперт. Это режим обратный активному, а функции эмиттерной и коллекторной области меняются. Однако, параметры инверсного и активного режимов существенно отличаются из-за асимметрии областей.

При включении биполярного транзистора в электрическую схему образуется две цепи: управляющая и управляемая. В управляющей цепи действует входной сигнал, который обычно подают на базу. В управляемой цепи (эмиттерной или коллекторной) формируется выходной сигнал, поступающий затем на вход следующего каскада или в нагрузку. Третий электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей.



Широко распространены три схемы включения транзисторов:

- с общей базой;

- с общим эмиттером;

- с общим коллектором.

Для расчёта транзисторных схем используются два семейства вольт-амперных характеристик: входные и выходные.

Входные ВАХ транзистора показывают зависимости тока входного электрода от напряжения между ним и общим электродом при постоянном напряжении на выходном электроде. Для схемы с ОЭ это зависимость тока базы от напряжения между базой и эмиттером при постоянном напряжении на коллекторе (рис. 3.2, а):

IБ = f(UЭБ) при UКЭ = const.

Выходные характеристики транзистора показывают зависимость выходного тока от напряжения IВЫХ = f(UВЫХ). Для схемы с ОЭ эти характеристики имеют вид (рис. 3.2, б):

IК = f(UКЭ) при IБ = const.

В режиме усиления малых сигналов транзистор, включенный с ОЭ, эквивалентно представляют в виде линейного четырёхполюсника (рис. 3.3), входные и выходные параметры которого, связаны следующими уравнениями:

DUБЭ = h11Э×DIБ + h12Э×DUКЭ;

DIК = h21Э×DIБ + h22Э×DUКЭ,

где коэффициенты h11, ¼, h22 и являются параметрами транзистора.

Физический смысл h-параметров и формулы для их расчёта:

h11Э = DUБЭ /DIБ, [Ом] при UКЭ = const - входное сопротивление транзистора;

h12Э = DUБЭ /DUКЭ при IБ = const - коэффициент обратной связи;

h21Э = DIК /DIБ при UКЭ = const - коэффициент усиления транзистора по току.

h22Э = DIК /DUКЭ, [1/Ом] при IБ = const - выходная проводимость транзистора.

 

 
 


H-параметры легко могут быть определены по входным и выходным характеристикам для выбранной рабочей точки. Методика их определения поясняется на рис. 3.4 и заключается в следующем:

а) для определения h11Э в окрестности рабочей точки (РТ) «А» (рис. 3.4, а) берут приращение напряжения DUБЭ и соответствующее ему приращение тока DIБ, затем определяют h11Э = DUБЭ/DIБ;

 

 
 

 

 


Рис. 3.4
б) для определения h12Э выбирают две входные характеристики, снятые при двух значениях напряжения между коллектором и эмиттером (рис. 3.4, в) и проводят через РТ «А» линию IБ = const, соответствующую холостому ходу на входе транзистора. Затем точки пересечения этой линии с характеристиками проецируют на ось UБЭ, определяют DUКЭ = UКЭ2 - UКЭ1. Находят соответствующее приращение DUБЭ и рассчитывают коэффициент обратной связи по напряжению h12Э = DUБЭ /DUКЭ;

в) для определения h21Э семейство выходных характеристик вблизи РТ «А» пересекают линией UКЭ = const (рис. 3.4, б), что соответствует короткому замыканию на выходе транзистора. Затем определяют графически DIК и DIБ как разность IБ2 - IБ1 и рассчитывают h21Э = DIК/DIБ;

г) для определения h22Э из семейства выходных ВАХ выбирают выходную характеристику, снятую при IБ РТ. Находят приращение тока коллектора DIК, вызванное приращением напряжения DUКЭ на нём при постоянном токе базы (рис. 3.4, г) и рассчитывают h22Э = DIК/DUКЭ. РТ транзистора в схеме с ОЭ характеризуются следующими параметрами: IБ РТ, IК РТ, UБЭ РТ, UКЭ РТ.

 

 






Date: 2015-05-08; view: 225; Нарушение авторских прав

mydocx.ru - 2015-2019 year. (0.011 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию