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 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 n э >> p б и n э > n к (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 Е К и Е Э 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 U БЭ в прямом направлении, а на коллекторный переход в обратном. Механизм образования токов в транзисторе заключается в следующем: основные носители эмиттера n Э под действием напряжения U БЭ преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся основные носители базы p Б, которых значительно меньше, поскольку концентрация примеси в базе мала. При этом в эмиттерной цепи появляется ток I э = I nэ + I pб. Электроны n Э, инжектированные в базовую область, вследствие градиента концентрации, продвигаются к коллекторному переходу через базу. По пути следования некоторые из них рекомбинируют с дырками p Б базы (в реальных транзисторах от 0,1 до 0,001 количества носителей заряда, покинувших эмиттер). Остальные электроны n Э, инжектированные в базу, достигают коллекторного перехода, на который подано обратное напряжение U КБ, поэтому они с ускорением перебрасываются в коллектор полем перехода Е К и во внешней цепи коллектора появляется ток I K» I nэ. Таким образом, основные носители эмиттера - электроны, образующие ток I Э, частично теряются в ЭП и в области базы (рекомбинируют с дырками). Эти потери составляют ток базы I Б. Остальная их часть достигает коллектора, где рекомбинирует с дырками поступающими из внешней цепи в виде тока I к. Уход электронов из эмиттера восполняется генерацией пар электрон - дырка в эмиттерной области и отводом дырок во внешнюю цепь в виде тока I э. Расход базы на рекомбинацию компенсируется их притоком в виде тока I б. Следовательно, в транзисторе протекают три тока: I Э = I nЭ + I pБ - ток основных носителей эмиттера и базы; I Б = I pБ + I nЭрек - I КО, где I pБ - ток основных носителей базы, I nЭрек - ток рекомбинации электронов эмиттера в толще базы и I КО - тепловой ток обратносмещённого коллекторного перехода; I К = I' nЭ + I КО, где I' nЭ - ток перенесённый из эмиттера в коллектор. Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением I Э = I К + I Б, которое можно переписать в приращениях: D I Э = D I К + D I Б. 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 U ВЫХ на нём окажется значительно больше переменного напряжения U ВХ 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 I ЭБО и коллекторного I КБО 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): I Б = f (U ЭБ) при U КЭ = const. Выходные характеристики транзистора показывают зависимость выходного тока от напряжения I ВЫХ = f (U ВЫХ). Для схемы с ОЭ эти характеристики имеют вид (рис. 3.2, б): I К = f (U КЭ) при I Б = 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: D U БЭ = h 11Э×D I Б + h 12Э×D U КЭ; D I К = h 21Э×D I Б + h 22Э×D U КЭ, где коэффициенты h 11, ¼, h 22 и являются параметрами транзистора. Физический смысл h -параметров и формулы для их расчёта: h 11Э = D U БЭ /D I Б, [Ом] при U КЭ = const - входное сопротивление транзистора; h 12Э = D U БЭ /D U КЭ при I Б = const - коэффициент обратной связи; h 21Э = D I К /D I Б при U КЭ = const - коэффициент усиления транзистора по току. h 22Э = D I К /D U КЭ, [1/Ом] при I Б = 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 h 11Э в окрестности рабочей точки (РТ) «А» (рис. 3.4, а) берут приращение напряжения D U БЭ и соответствующее ему приращение тока D I Б, затем определяют h 11Э = D U БЭ/D I Б;
в) для определения h 21Э семейство выходных характеристик вблизи РТ «А» пересекают линией U КЭ = const (рис. 3.4, б), что соответствует короткому замыканию на выходе транзистора. Затем определяют графически D I К и D I Б как разность I Б2 - I Б1 и рассчитывают h 21Э = D I К/D I Б; г) для определения h 22Э из семейства выходных ВАХ выбирают выходную характеристику, снятую при I Б РТ. Находят приращение тока коллектора D I К, вызванное приращением напряжения D U КЭ на нём при постоянном токе базы (рис. 3.4, г) и рассчитывают h 22Э = D I К/D U КЭ. РТ транзистора в схеме с ОЭ характеризуются следующими параметрами: I Б РТ, I К РТ, U БЭ РТ, U КЭ РТ.
|