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

59 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

63729. Основания возникновения обязательств 13.54 KB
  Определенный круг отношений возникающих между субъектами гражданского права именуется обязательствами. По особенностям возникновения все обязательства делятся на договорные и внедоговорные. Договорные обязательства возникают на основе двух или многосторонних сделок...
63730. Виды обязательств 15.58 KB
  По передаче имущества: в зависимости от того передается ли имущество в собственность как в случаях с хозяйственным ведением и оперативным управлением делится на возмездные купля-продажа рента мена поставка и безвозмездные дарение если имущество...
63731. Перемена лиц в обязательстве 15.69 KB
  Основания и порядок перехода прав кредитора к другому лицу Правила о переходе прав кредитора к другому лицу не применяются к регрессным требованиям. Для перехода к другому лицу прав кредитора не требуется согласия должника если иное не предусмотрено законодательством или договором.
63732. Способы обеспечения исполнения обязательств 16.18 KB
  Неустойка сумма которую должник обязан уплатить кредитору в случае неисполнения или не качественного исполнения обязательства. Используется в качестве одного из способов обеспечения выполнения обязательств определяется законом или договором.
63733. Исполнение и прекращение обязательств 16.32 KB
  Надлежащее место исполнения определенное законом обычаями делового оборота либо существом обязательства но если место не определено по по земельным участкам и недвижимости место нахождения имущества по передаче товаров или перевозке место...
63734. Понятие и виды гражданско-правовых договоров 18.29 KB
  Гражданско-правовые договоры порождают изменяют или прекращают соответствующие имущественные правоотношения и как любые сделки представляют собой волевые акт обладающий специфическими особенностями: единое волеизъявление двух или более лиц выражающее их общую волю...
63735. Порядок заключения гражданско-правового договора 15.78 KB
  Для заключения договора необходимо согласовать все его существенные условия в требуемой в подлежащих случаях форме. Поскольку договор является одним из видов сделок к его форме применяются общие правила о форме сделок.
63736. Содержание и толкование условий гражданско-правового договора 18.2 KB
  Однако договорами являются лишь те сделки в которых выражается соглашение двух или более сторон. К договорам применяются правила о двух и многосторонних сделках. В науке гражданского права имеет место понимание договора не только как юридического факта...
63737. Понятие и содержание трудового договора 13.45 KB
  Трудовой договор соглашение между работодателем и работником в соответствии с которым работодатель обязуется предоставить работнику работу по обусловленной трудовой функции обеспечить условия труда предусмотренные трудовым законодательством и иными нормативными...