9757

Биполярные транзисторы. Вольт-амперные характеристики транзистора

Контрольная

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Биполярные транзисторы Биполярный транзистор представляет собой систему двух взаимодействующих p-n-переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются носителями зарядов обоих знаков - основными и неосновными.

Русский

2015-01-15

354.93 KB

58 чел.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор представляет собой систему двух взаимодействующих р-n-переходов. В биполярном транзисторе физические процессы определяются носителями зарядов обоих знаков – основными и неосновными.

 В зависимости от чередования р- и n-областей различают транзисторы
n-p-n  типа   и p-n-p  типа.

Одна из крайних областей имеет более высокую степень легирования примесями 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.

Эмиттер имеет самую высокую концентрацию примесей.
Концентрация примесей в коллекторе на 5 – 6 порядков меньше.

Концентрация примесей в базе еще на 5 – 6 порядков меньше.
Толщина базы меньше длины свободного пробега электронов.

Включим внешние источники напряжения Uэб и Uбэ так, что эмиттерный переход транзистора сместится в прямом направлении,
а коллекторный – в обратном.
При этом 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.  

Поскольку база относительно тонкая, то основная часть электронов пролетает базу и оказывается на границе перехода  Б-К.

   Но электрическое поле перехода Б-К для электронов включено согласно и электроны втягиваются полТаким образом, электроны выходят из эмиттера под действием диффузионных сил,
а втягиваются в коллектор под действием сил электрического поля.

    В результате рассмотренных процессов нарушается равновесное состояние зарядов
всех структур.

    Равновесное состояние зарядов должно восстановиться за счет носителей внешних источников.

ем в структуру коллектора.

Ушедшие из эмиттера электроны восполняются электронами источника Uэб,
пришедшие в коллектор электроны компенсируются дырками источника
Uбк,

рекомбинировавшие дырки базы – дырками источника Uэб.

    В результате во внешних цепях потекут токи   Iэ, Iк, Iб.  

    По закону Кирхгофа        Iэ = Iк + Iб.

  Iэ = Iк + Iб.

    Работу  транзистора характеризуют параметром α 

- Параметр называется
коэффициент передачи тока эмиттера

Кроме основных носителей в коллекторе имеются неосновные носители - дырки.
Для них поле коллектора включено согласно и они начнут переходить в базу также нарушая равновесное состояние коллектора и базы.

   Равновесие восстанавливается приходом дырок от источника Uбк, создавая ток  Iкб   .

    Таким образом,  в коллектор втекает ток IК и    Iкб0            

    В базу втекает ток Iб и    Iкб0.

Коэффициент α имеет величину 0,95 ÷ 0,99, т.е. весьма близкую  к единице.

Ток  Iк >>         , поэтому в большинстве случаев обратный ток коллектора

можно не учитывать.

Вольт-амперные характеристики транзистора (ВАХ)

Свойства транзистора описывают с помощью характеристик.

Для их получения воспользуемся моделью транзистора на постоянном токе моделью
Молла-Эберса.  
   
P-n- переходы представим в виде двух диодов, подключенных к источникам напряжения.

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, различают три схемы включения транзистора:
 

  1.  с общей базой (ОБ); 
  2.  с общим эмиттером (ОЭ); 
  3.  с общим коллектором (ОК).

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

   Входные характеристики  - зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении, являющимся параметром.

                           Iэ = ƒ(Uэб,Uкб)
 
Выходные характеристики  - зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе, являющимся параметром.

                               Iк = ƒ(Uкб,Iэ)
Характеристики, полученные при разных значениях параметра, образуют
семейство характеристик.

 

 

 

 

 

 

Классификация и система обозначений

В основу системы положен буквенно-цифровой код.

  1-й элемент:

Г или 1 – германий,

К или 2 – кремний или его соединения,

А или 3 – соединения галлия,

И или 4 – соединения индия.

     Буквенные символы присваиваются приборам общего применения.

     Числовые - приборам специального  применения.

  В основу системы положен буквенно-цифровой код.

                         2-й элемент:

Т – подкласс прибора – транзистор биполярный.  

4-й элемент – классификационный литер – буква.

    Дополнительные знаки:

С – сборки транзисторов в одном корпусе,

Цифра – бескорпусные транзисторы.

 

Эквивалентные схемы замещения транзисторов

Эквивалентные схемы (модели) необходимы для проведения  анализа и синтеза электро- и  радиотехнических схем

 Рассматриваемые далее эквивалентные схемы можно использовать при условии:

  1.  транзистор работает в линейном режиме,
  2.   изменения токов и напряжений малы по амплитуде,
  3.   нелинейные ВАХ можно заменить линейными,
  4.   параметры транзистора в общем случае являются дифференциальными.

Используют:

- физическую Т-образную эквивалентную схему,

  1.  формальную модель:

в h-параметрах,

в Z-параметрах,

в R-параметрах.

Физическая Т-образная эквивалентная схема

Эквивалентная схема для включения транзистора по схеме общий эмиттер   (ОЭ).

Установим в центре базы теоретическую точку.

   Между точкой и выводом базы имеется распределенное объемное сопротивление базы. Обозначим его символом  rб.   

 

Эквивалентная схема составлена для постоянного тока.

Схему можно распространить и для переменного тока, приняв допущения:

амплитуда переменной составляющей тока и напряжения много меньше величины постоянной составляющей,  

нелинейные ВАХ считаем линейными.

 

 

Таким образом,

получена обычная электротехническая цепь, состоящая из пассивных и активных элементов.

К ней применимы все законы электротехники, позволяющие проводить анализ и синтез цепей.

    

 Генератор тока В·Iб  можно заменить генератором напряжения на основании теоремы об эквивалентном генераторе.

Тогда в схеме останутся генераторы напряжений.

Недостаток модели состоит в том, что r-параметры можно получить только теоретически, расчетным путем.

Схема включения транзистора ОБ

 

Транзистор как линейный четырехполюсник

Формальная модель

Недостаток физической схемы  состоит в том, что r-параметры можно получить только теоретически, расчетным путем.

Модель применима при условии:

- транзистор работает в линейном режиме,

- изменения токов и напряжений малы по амплитуде,

- нелинейные ВАХ можно заменить линейными.

  Наибольшее распространение получила система в  h-параметрах (комбинированная система).
Наибольшее применение в схемотехнике получила схема включения транзистора ОЭ.
  Поэтому  рассмотрим параметры применительно к такой схеме включения.

Рассмотрим систему уравнений.
В общем виде уравнения системы нелинейные.
   Учитывая введенные ранее ограничения, уравнения будем считать линейными.

 

  Представим четырехполюсник в виде системы линейных дифференциальных уравнений.

Полный дифференциал можем заменить частным дифференциалом.  От частного  дифференциала по определению можно перейти к приращению ∆.
От приращений согласно договоренностей перейдем к переменным токам и напряжениям малой амплитуды в частности синусоидальной формы.

 

 

 

 

 

 

Способы получения h- параметров

h-параметры можно получить экспериментальным путем:

  1.   прямым измерением,
  2.   с помощью вольт-амперных характеристик.

 

 

h- параметры

ВАХ транзистора существенно нелинейные.

Поэтому значение h-параметров зависит от точки, в которой они определяются.

   Изменение температуры также влияет на вид и положение ВАХ транзистора.

Поэтому значение h-параметров зависит и от температуры.

   Эти зависимости приводятся в справочной литературе.

   В справочной литературе приводятся также таблицы переводов из одной системы параметров в другие системы, для схемы включения транзистора  ОБ и ОЭ.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

4043. Методика определения плотности твердого тела 42 KB
  Определение плотности твердого тела. Цель работы Целью данной работы является: Определение плотности твердого тела Приобретение студентами практических навыков в обработке результатов измерений. Рисунок Рабочая формула...
4044. Определение момента инерции диска (стержня) по его крутильным колебаниям 50.5 KB
  Определение момента инерции диска (стержня) по его крутильным колебаниям. Цель работы Целью данной работы является определение момента инерции диска (стержня) относительно оси, проходящей через центр тяжести перпендикулярно плоскости диска...
4045. Определение положения центра тяжести и момента инерции физического маятника 47.5 KB
  Определение положения центра тяжести и момента инерции физического маятника. Цель работы Целью данной работы являются: определение ускорения свободного падения при помощи математического маятника определение положения центра тяжес...
4046. Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса 79 KB
  Определение коэффициента внутреннего трения жидкости по методу Стокса. Цель работы. Целью данной работы является определение коэффициента внутреннего трения (вязкости) жидкости. Рисунок. Рабочая формула: Таблица результатов и...
4047. Определение сопротивления с помощью моста Уитстона 85.5 KB
  Определение сопротивления с помощью моста Уитстона I. Цель работы – определение связи между силой тока в цепи гальванического элемента тока и падением напряжением на внешнем участке цепи. Расчет на основании этих данных величины ЭДС, внутреннег...
4048. Исследование электростатических полей методом электролитической ванны 48.5 KB
  Исследование электростатических полей методом электролитической ванны Целью данной работы является изучение электростатических полей, создаваемых заряженными проводниками различной конфигурации, путем моделирования в электролитической ванне Ри...
4049. Исследование движения электронов в электростатическом поле 33.5 KB
  Исследование движения электронов в электростатическом поле Цель работы Определение зависимости смещения электронного пучка на экране осциллографа от величины напряжения на отклоняющих пластинах. Расчет чувствительных отклоняющих пластин осцилл...
4050. Исследование апериодического разряда конденсатора. Определение емкости конденсатора 77.5 KB
  Исследование апериодического разряда конденсатора. Определение емкости конденсатора Цель работы: Определение зависимости силы тока от времени при разряде конденсатора через сопротивление. Нахождение емкости конденсатора. Рисунок Рабочие...
4051. Исследование гальванического элемента тока 253.5 KB
  Исследование гальванического элемента тока Цель работы. Целью данной работы является определение связи между силой тока в цепи гальванического элемента тока и падением напряжения на внешнем участке цепи. Расчет на основании этих данных величин...