69007

Параметри біполярного транзистора

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Для оцінки можливостей застосування транзисторів використовують їх параметри. Параметри транзисторів це числа. Числені значення параметри можуть бути виміряні знайдені за статичними характеристиками або розраховані.

Украинкский

2014-09-28

364.5 KB

8 чел.

10. Параметри біполярного транзистора

10.1. Загальні відомості про параметри транзистора

Для оцінки можливостей застосування  транзисторів використовують їх параметри.

Параметри транзисторів – це числа. Вони приводяться в довідниках, їх підставляють у формули при розрахунках.

Числені значення параметри можуть бути виміряні, знайдені за статичними характеристиками або розраховані.

Вони поділяються на:

  •  експлуатаційні параметри або параметри режиму роботи, в тому числі максимально допустимі (UКЕ, UКЕ  макс, UКБ, UКБ макс, UБЕ, UБЕ макс, ІЕ, ІЕ макс, ІК, ІК макс, ІБ, ІБ макс, PК макс та ін.);
  •  параметри, що відносяться до фізичних властивостей транзистора, в тому числі часові параметри (UКЕ нас, UБЕ нас, ІКБо, ІЕБо, макс, меж, CЕ, CК, tзт, tнр, tвм, tвим, tсп, Кш та ін.);
  •  фізичні параметри (rБ, rЕ, rК, ширина області бази W, коефіцієнт переносу, ефективний час життя неосновних носіїв заряду бази і т.д.);
  •  статичні параметри (для великого сигналу або постійного струму);
  •  диференційні параметри (для малого сигналу або змінного струму).

Параметри режиму роботи використовуються для розробки схем на транзисторах, налагодженні, пошуку несправностей.

Параметри, що відносяться до фізичних властивостей, статичні та диференційні параметри використовуються для розрахунку електричних ланцюгів з транзисторами.

Фізичні параметри використовуються при вивченні принципу роботи транзистора, для розрахунку самих транзисторів і при контролі виробництва.

Вони залежать від типу транзистора, його режиму роботи, частоти та схеми підключення.

10.2. Диференційні параметри БТ та їх знаходження.

Диференційні параметри транзистора знаходять через параметри чотириполюсника (рис. 10.1).  

Рис. 10.1. Транзистор як чотириполюсник

Ця схема зв’язує струми , та напруги , . Вона описується системою з двох рівнянь з коефіцієнтами. Ці коефіцієнти позначають буквами  Y, Z, H та ін., котрі і називають диференційними параметрами чотириполюсника.

Розглянемо систему цих параметрів.

Система Y-параметрів

Це параметри короткого замикання КЗ. Вони являються коефіцієнтами пропорційності, що визначають вплив змін напруг на зміни струмів і мають зміст провідності.

Рівняння чотириполюсника в Н параметрах записують:

- вхідна провідність при  КЗ на  вході;

     -  обернена провідність (провідність із виходу на вхід) при

            - пряма провідність (провідність із входу на вихід) при КЗ ;

- вихідна провідність при КЗ на вході.

Система H-параметрів

Це параметри холостого ходу ХХ та КЗ. Рівняння чотириполюсника в Н параметрах мають вид:

                 

- вхідний опір при КЗ на  виході;

     -  коефіцієнт зворотної передачі за напругою при ХХ на

            - коефіцієнт передачі за струмом  при КЗ на виході;

- вихідна провідність при ХХ на вході.

Між параметрами різних систем існує звязок, наприклад

                           

Вибір системи параметрів визначається зручністю їх застосування: для низьких частот – H-параметри, для високих частот – Y-параметри.

Як видно з приведених формул, для практичного застосування Y-параметрів необхідно здійснювати режим КЗ на вході й виході. Якщо режим КЗ на виході здійснювати легко, то КЗ на вході виконати складно, оскільки вхідний опір малий, тому джерело живлення повинно мати малий внутрішній опір.  

Найбільш зручною системою для аналізу біполярних транзисторів є система H-параметрів, яка не має вільною від названих недоліків.

Визначення H-параметрів транзистора за статичними характеристиками

Розглянемо методику визначення H-параметрів транзистора, підключеного зі СЕ.

Вибираємо робочу точку А, котра має такі координати

,     ,     ,     .

Параметри вхідного ланцюга h11 та h12 можна визначити за вхідними характеристиками  при  (рис. 10.1.).

Рис. 10.1. Визначення параметрів h11 та h12

    - вхідний опір при                        

 .                       .

Параметри вихідного ланцюга h22 та h21 можна визначити за вихідними характеристиками  при (РИС. 10.2.).

                                                   

Рис. 10.2. Визначення параметрів h22 та h21

            - вихідна провідність                  

 ;                        ,

                                                                                                      де

За статичними характеристиками можна знайти й Y-параметри транзистора.

Вимірювання параметрів

Більш точні результати дає вимір параметрів вимірювачами, наприклад  Л2-2 або Л2-23.

Середні значення параметрів Y та H приводяться в довідниках.

Приклад:ХХХХХХХ КТ315А у схемі зі СЕ для ІЕ =1мА, UКЕ = -5В, Т = 20oC, f = 465кГц.

,

g11 = (0,45...1,25)10 -3 1/Ом, b11 = 246510 3 (30…60) Ом.

Типові значення h-параметрів

Назва параметру

Схеми підключення

СБ

СЕ

СК

h11 (Ом)

        h12

        h21

   h22 (мА/В)

30

10 -4

 1

 1

1500

            10 -3

               50

  50

1500

  1

  -50

   50

Температурна залежність параметрів транзистора

Досліди показують, що при нагріванні від 20 до 60оС параметри транзисторів змінюються наступним чином:

rК – зменшується приблизно в 2 рази,

rБ – зменшується на 15-20 %,

rЕ – зростає на 15-20 %,

Для схеми транзистора зі СБ параметри h11Б, h12Б та h21Б з ростом температури зростають, а h22Б – зменшується (рис. 10.3, а). Для схеми транзистора зі СЕ h–параметри змінюються мало (рис. 10.3, б)

Рис. 10.3. Залежності h-параметрів транзистора від температури:

а – зі СБ;  б – зі СЕ

10.3. Схеми заміщення БТ

Для розрахунку каскадів транзистор потрібно замінити схемою заміщення (моделлю). Вона має вигляд чотириполюсника, вхідні й вихідні струми якого дорівнюють вхідним напругам і струмам транзистора. Під схемою заміщення (моделлю) транзистора розуміють таку електричну схему, котра за своїми властивостями не відрізняється від властивостей транзистора.

Схеми заміщення транзистора складаються окремо для режиму малого та режиму великого сигналу.

Режим великого сигналу розглядається на постійному струмі (стаціонарний режим).

При розгляді режиму малого сигналу амплітуда змінних напруг і струмів у ланцюгах транзистора достатньо малі порівняно з постійними напругами та струмами, що визначають положення робочої точки. Використання сигналів малої амплітуди забезпечує на лінійних ділянках статичних характеристик лінійну залежність між струмом та напругою. Це дозволяє виконувати розрахунки за законами лінійних ланцюгів (Ома, Кірхгофа).

Для схем заміщення транзистора використовують рівняння чотириполюсника (найчастіше в Y- та H-параметрах). Їх називають формальними еквівалентними схемами(рис. 10.4.). Крім них використовують ще фізичні схеми, котрі будують на основі моделювання фізичних процесів транзистора.

    Рис. 10.4. Моделі транзисторів

Крім цих схем заміщення застосовують Т-подібну, П-подібну та змішані (гібридні) схеми.

Схеми заміщення транзистора з СЕ на низьких частотах

а) для великого сигналу (рис. 10.5.)

Рис. 10.5. Схема заміщення БТ для великого сигналу

- вхідний опір;   - коефіцієнт підсилення за                

 - напруга запирання;                       - наскрізний струм емітера.

б) для малого сигналу(рис. 10.6.)

Рис. 10.6. Схема заміщення БТ для малого сигналу

                 - вихідна провідність.

в) фізична модель (рис. 10.7.)

Рис. 10.7. Схема фізичної моделі БТ

rЕ – диференційний опір ЕП (20 – 40 Ом);

rК – диференційний опір КП (100 – 1000 кОм);

rБ ХХХХХ опір бази (200 – 300 Ом).

10.4. Максимально допустимі параметри

10.4 Види пробоїв БТ

Пробої БТ виникають при перевищенні їх максимально допустимих параметрів. Основними максимально припустимими параметрами транзистора є:

  •  максимально допустима потужність, що розсіюється колектором        PКмакс;
  •  максимально допустимі струми ІК макс, ІЕ макс, ІБ макс;
  •  максимально допустимі міжелектродні параметри UКЕ макс, UКБ макс,     UБЕмакс.

Відмітимо межі допустимих режимів на сімействі вихідних характеристик(рис. 10.8.)

Рис. 10.8. Область допустимих режимів

Допустима межа за струмом визначається горизонтальною лінією ІКмакс=const, за напругою – вертикальною UК макс = const. Знизу область обмежена характеристикою зворотного струму колектора ІКБо. Межа, що визначається максимально допустимою потужністю розсіювання на колекторі, відображається кривою межового струму

.

Максимальна потужність у транзисторі виділяється на колекторному переході, оскільки його опір найбільший, а отже, він гріється більше, ніж інші області.

Максимально допустима потужність розсіювання на колекторі визначається появою теплового пробою колекторного переходу.  Він виникає, коли порушується тепловий баланс: приріст потужності, що підводиться до колекторного переходу, не компенсується відповідним приростом потужності, що відводиться. При цьому зростає температура переходу, струм колектора та потужність, що підводиться. Виникає лавиноподібний процес, що призводить до перегріву транзистора й виходу його з ладу (різко збільшується струм ІК).

Напруга, що не призводить до теплового пробою переходу, оцінюється співвідношенням

.

Вона тим менша, чим більший зворотній струм колекторного переходу  і тепловий опір , а також вища температура зовнішнього середовища .

Із міркувань надійності роботи не радять використовувати струми, напруги та потужності вище 70 % від їх максимальних значень.

При поганому тепловідводі й високій температурі зовнішнього середовища напруга теплового пробою може стати нижче робочої, і транзистор пробється. Значення напруги пробою змінюється і при непідключенні одного з електродів транзистора. Особливо небезпечно непідключення (розрив) бази (,). У цьому випадку напруга пробою мінімальна.

У транзисторах можливий пробій, що обумовлений змиканням колекторного та емітерного переходів. Це відбувається при збільшенні зворотної напруги колектора. При цьому колекторний перехід розширюється в бік емітера, оскільки концентрація домішок у базі більш низька, ніж у колекторі. При деякій напрузі на колекторі, колекторний перехід займає всю область бази та змикається з емітер ним переходом. Транзистор припиняє роботу.

 

Рис. 10.6. Пробій колекторного та емітерного переходів

Перевищення припустимого значення колекторного (або емітерного) струму призводить до зниження коефіцієнта передачі транзистора та до втрати його працездатності. Це випливає з графіків, зображених на рис. 10.7  та рис. 10.8

Рис. 10.7. Залежність = f (IЕ)

Із зростанням струму IЕ коефіцієнт зростає, оскільки зростає внутрішнє поле бази, і збільшується кількість в базі 3.

Однак, при деякому значенні IЕ знижується коефіцієнт інжекції та зростають втрати на рекомбінацію. Це призводить до зменшення

Залежність коефіцієнта передачі струму бази () від струму  IЕ більша сильна (рис. 10.8).

Рис. 10.8. Залежність = f (IЕ)

Із зростанням струму IЕ коефіцієнт спочатку підвищується внаслідок збільшення напруженості внутрішнього поля бази, що прискорює перенесення дірок через базу до колектора.

При значному струму IЕ коефіцієнт починає спадати за рахунок зниження коефіцієнта інжекції, зменшення ефективної площі емітера в області бази.

Коефіцієнт при зміні струму IЕ змінюється більше, ніж коефіцієнт , оскільки   >>, що підтверджується формулою

.

 

7

ΔUБЕ

UБЕ

ΔІБ

А

UКЕ = 0

U‘КЕ = UКЕ

ІБ

ІБ

UКЕ = 0

А

UБЕ

ΔUБЕ

КЗ на  виході;

- коефіцієнт зворотної

передачі за напругою при ХХ на вході;

а

б

ΔІ ׳Б

ІК

А

-UКЕ

ІК

ΔІ ׳Б

А

-UКЕ

ΔUКЕ

ΔІ ׳Б

- коефіцієнт зворотної

передачі за струмом при ХХ на вході;

при ХХ на  вході;

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

=

0

h11

h21

h12

h22

ТoC

20   40   60   80  100

hБ

EMBED Equation.3  

h22

h12

h11

h21

hЕ

ТoC

-ТoC

Y

H

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

EMBED Equation.3  

UБЕ

UКЕ

ІБ

ІЕ

ІК

UБо

h11

Б

К

Е

оІБ + ІКЕо

EMBED Equation.3  

Е

К

h11

UКЕ

UБЕ

ІБ

ІЕ

ІК

Б

ІБ

h22

струмом;

EMBED Equation.3  

Е

К

rБ

UКЕ

UБЕ

ІБ

ІЕ

ІК

Б

ІБ

EMBED Equation.3  

rЕ

IК

IК макс

IКБо

UК макс

UК

IК меж

К

Б

Е

0,988

0,986

0,984

0,982

IЕ = IЕ макс

IЕ, мА

на виході;

   2            4            6

КЗ на вході;

10

20

IЕ, мА

вході;


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

39630. КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ОСНОВАМ ОХРАНЫ ТРУДА 3.04 MB
  В соответствии с этой статьёй государство даёт гарантии каждому своему гражданину на надлежащие безопасные и здоровые условия труда и на заработную плату не ниже той которая определена законом. Таким образом в Конституции за государством закреплена забота об условиях труда его научной организации и это является одним из основных направлений его политики. Проблемами связанными с обеспечением здоровых и безопасных условий труда занимается охрана труда.
39631. Расчет газотурбинной установки мощностью 16 МВт 1.06 MB
  темы спроектирован регулируемый сопловой аппарат свободной силовой турбины найдены зависимости различных параметров при повороте сопловых лопаток. Также дипломный проект включает в себя: расчет тепловой схемы двигателя с последующим выбором Gв и к0 газодинамический расчет турбин по среднему диаметру расчет закона закрутки всех ступеней турбины высокого давления и силовой турбины расчеты на прочность рабочей лопатки 3й ступени силовой турбины технологию эксплуатации ГПА описание конструктивных особенностей экономическую частьрасчет...
39632. Компрессор высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя тягой 140 кН 1.65 MB
  Цели работы: ‒ разработка конструкции КВД; ‒ расчет на прочность и колебания основных элементов компрессора; ‒ в технологической части выполнить расчеты режимов резания для одной операции; ‒ в экономическом разделе рассчитать себестоимость затрат на проектирование промежуточного диска КВД; ‒ в разделе по безопасности жизнедеятельности провести оценку безопасности жизнедеятельности пассажиров самолета путем надежности и отказобезопасности КВД. В работе проведен сравнительный анализ конструкций КВД двигателей класса тяги 1218 тонн выбрана...
39633. Горные и маркшейдерские работы при строительстве тоннеля №3 Адлер-горноклиматический курорт «Альпика-Сервис» 21.63 MB
  Маркшейдерская служба призвана заниматься съёмками на земной поверхности и в горных выработках с целью изображения их на чертежах, а также для решения различных горно-геометрических задач, возникающих при освоении месторождения.
39634. Сайт бесплатных объявлений и рекламы 13.12 MB
  Задачей данной работы является реализация размещения объявлений и рекламы, используя Интернет. Структура интерфейса электронной доски объявлений должна быть понятна для обычного пользователя, в то же время необходимо позаботиться об наборе функциональных средств, обеспечивающих удобство работы с набором объявлений
39635. Особенности проведения аварийно-спасательных работ в учреждениях образования на примере Полоцкого государственного университета по адресу г. Полоцк ул. Стрелецкая д.4 305.28 KB
  Боевой участок участок на котором сосредоточены силы и средства объединенные конкретной задачей по тушению пожара. Зона теплового воздействия пожара прилегающая к зоне горения часть пространства в пределах которой протекают процессы теплообмена между поверхностью пламени и окружающей средой. Локализация пожара прекращение дальнейшего распространения пожара и создание условий для его успешной ликвидации имеющимися силами и средствами [3]. Ликвидация пожара прекращение горения на пожаре создание условий при которых нет...
39636. Проектирование газоперекачивающего агрегата мощностью 16 МВт на базе АЛ-31 СТ 618.91 KB
  Для определения основных размеров проточной части ТВД и ТНД произведен газодинамический расчет ступеней по среднему диаметру. Также для того, чтобы удельная работа по высоте ступени оставалась постоянной, были выбраны законы закрутки лопаток по радиусу и произведен расчет закрутки.
39637. Проектирование газоперекачивающего агрегата мощностью 10 МВт 2.23 MB
  В настоящем дипломном проекте рассмотрены вопросы связанные с проектированием газоперекачивающего агрегата мощностью 10 МВт в состав которого входят: газотурбинный двигатель на базе ДР59Л и центробежный нагнетатель природного газа на базе нагнетателя 235211 которые применяются на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Особое внимание в работе уделено расчету и проектированию двухступенчатого нагнетателя природного газа. Индексы в воздуха; г газа; ад адиабатический; расп располагаемый; ср средний; ст ...