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

60 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

11793. Современное состояние и перспективы развития токсикологии отравляющих и аварийно-опасных химических веществ (АОХВ) 106 KB
  В настоящее время в РФ функционирует более 3.5 тыс. объектов, на которых имеются СДЯВ. Суммарная площадь загрязнения при потенциальных авариях может захватить территорию, на которой проживает более трети населения страны. Статистика последних лет свидетельствует, что ежегодно происходит около 50 крупных аварий с выбросов СДЯВ
11794. ОСНОВЫ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ 122.5 KB
  Уровень готовности общества к решению этих задач в значительной степени определяется подготовленностью широких слоев населения к действиям в чрезвычайных ситуациях мирного и военного времени.
11795. Маршрутизация в IP-сетях 85.4 KB
  Лабораторная работа №3 Маршрутизация в IPсетях Цели работы: научиться объединять две сети при помощи компьютера исполняющего роль маршрутизатора; научиться настраивать Windows Server 2003 в качестве маршрутизатора; изучить возможности утилиты route. За...
11796. DHCP-сервер: установка и управление 141.22 KB
  Лабораторная работа № 4. DHCPсервер: установка и управление Цели работы: научиться устанавливать и удалять DHCPсервер; научиться настраивать область действия DHCPсервера; научиться выполнять резервирование адресов. Задание 1. Назначить серверу сетевые ...
11797. МОБИЛИЗАЦИОННАЯ ПОДГОТОВКА ОБЪЕКТОВ ЗДРА-ВООХРАНЕНИЯ 74 KB
  Под мобилизацией в Российской федерации понимается комплекс мероприятий по переводу экономики РФ, экономики субъектов, муниципальных образований, органов государственной власти, органов местного самоуправления и организаций на работу в условиях военного времени
11798. Индукция магнитного поля земли и ее определение 385.32 KB
  Магнитные взаимодействия, как между электрическими токами, так и между магнитами осуществляются посредством магнитного поля. Магнитное поле можно представить наглядно следующим образом. Если проводники с током продеть через лист картона и насыпать на лист маленькие магнитные стрелки, то они расположатся вокруг проводника по касательным к концентрическим окружностям
11799. DNS-сервер: установка и управление 429.13 KB
  Лабораторная работа № 5. DNSсервер: установка и управление Цели работы: научиться устанавливать службу DNS; научиться конфигурировать зоны DNS; научиться тестировать службу DNS; научиться применять файл HOSTS. Задание 1. Установите сервер DNS на виртуал
11800. Создание домена Windows Server 2003 366.12 KB
  Лабораторная работа № 6. Создание домена Windows Server 2003 Цели работы: научиться создавать домен Windows Server 2003; научиться устанавливать службу каталога Active Directory; изучить структуру службы каталога Active Directory. Задание 1. Установить на сервере службу катало...
11801. Вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов и стабилитронов 79.23 KB
  Лабораторная работа № 1 Вольтамперные характеристики полупроводниковых диодов и стабилитронов Цель работы: определение вольтамперных характеристикВАХ и основных электрических параметров выпрямительных диодов светодиодов и стабилитронов. 1. Прямые ветви В