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

77272. Мозжечок, его развитие, внешнее и внутреннее строение. Связи мозжечка с др отделами центральной нервной системы. Артерии мозжечка 232.24 KB
  Части: Средняя vermis Боковые hemispheri Поверхности: Fcies superior cerebelli посередине продольное возвышение vermis superior Fcies inferior cerebelli посередине продольное возвышение vermis inferior продольное углубление долина мозжечка vllecul cerebelli. Дольки червя: lingul cerebelli lobulus centrlis monticulus culmen declive folium cerebelli tuber vermis pyrmis vermis uvul vermis nodulus. Дольки полушарий: lobulus qudrngulris lobulus semilunris superior et inferior lobulus grcilis lobulus biventer tonsill...
77273. Спинно-мозжечковые пути 14.9 KB
  spinocerebellris posterior Идет в составе нижних ножек мозжечка. Заканчиваются на нейронах коры нижней части червя мозжечка.spinocerebellris nterior Идет в составе верхних ножек мозжечка. Заканчиваются на нейронах коры верхней части червя мозжечка.
77274. Средний мозг, его развитие, внешнее и внутреннее строение (отделы, ядра, тракты, полость) 120.39 KB
  Внутреннее строение: Серое вещество: substnti nigr чёрное вещество Земмеринга разграничивает bsis pedunculi cerebri вентральнее и tegmentum mesencephli дорсальнее содержит серое и белое вещество ножек мозга nucleus ruber на нём заканчиваются tr. striorubrlis nucleus interpedunculris межножковое непарное на нём заканчивается tr. hbenulointerpedunculris поводковомежножковый путь предположительно одно из звеньев эфферентного вегетативного пути substnti grise centrlis: nucl. trigemini V ядра III nucl.
77275. Промежуточный мозг, его развитие, классификация, отделы и полость. Стенки полости 445.42 KB
  Таламический мозг: Thlmus Epithlmus Metthlmus Внешнее строение таламуса зрительного бугра: tuberculum nterius pulvinr задний конец подушка stri terminlis терминальная полоска разделяет thlmus зрительный бугор и хвостатое ядро nucleus cudtus stri medullris мозговая полоска проходит на границе верхней и медиальной поверхностей зрительного бугра sulcus hypothlmicus sulcus limitns пограничная борозда граница между отделами промежуточного мозга dhesio interthlmic соединяет зрительные бугры tel choroide сосудистая...
77276. САМОКАЛИБРУЮЩАЯСЯ МАСШТАБИРУЕМАЯ СИСТЕМА ВВОДА ТРЁХМЕРНЫХ ЖЕСТОВ 62.5 KB
  Традиционные методы калибровки оптических камер требуют больших усилий со стороны пользователей и больших вычислительных ресурсов. Описываемый метод может работать в системах включающих в себя различные типы камер. Ключевые слова: калибровка оптические камеры алгоритм SCLBLE SELFCLIBRTING 3DGESTURE INPUT SYSTEM . Поэтому нами была разработана собственная технология основанная на единственной вебкамере и обыкновенном фонарике который пользователь держит в руке.
77277. Веб-ориентированная среда поддержки удаленного рендеринга и онлайн-визуализации 28.5 KB
  Классический подход к высокопроизводительным вычислениям подразумевает пакетное исполнение параллельных программ. При этом в определенных случаях практически ценным оказывается наблюдение за состоянием считающейся задачи и возможность управления ей. В простейшем варианте это может быть вывод в лог-файл по ходу счета значений переменных программы. Более сложные случаи требуют наличия специальной системы онлайн-визуализации для наблюдения и управления задачей.
77278. Задачи визуализации программного обеспечения параллельных и распределенных вычислений 4.55 MB
  Также рассматриваются проблема формализации и или верификации визуализации в том числе в рамках теории принятия решений. Приводятся примеры визуализации используемой в процессе разработки системного программного обеспечения нижнего уровня для современных процессоров с параллельной архитектурой. Использование визуализации в области параллельных вычислений началось примерно в это же время.
77279. TAG CLOUD FOR THE INFORMATION DATA FILTRATION 27.5 KB
  The ppliction of the theory of rough sets is considered to solve the problems of visuliztion nd processing of dt. The theory of rough sets cn be considered to be one of the wys of developing the Freges ide of uncertinty. In this pproch uncertinty is defined through the boundry of set. If our knowledge is not enough for strict definition of set then its boundry is not null otherwise the set is stndrd.
77280. THREAD EFFICENCY ON SHARED MEMORY SYSTEMS 22.5 KB
  Bkhterev IMM UrB RS It is trdition to think tht computtion decomposition into tsks executed in prllel on the shred memory systems is more effective with threds but not with processes. Usully this point of view grounds on tht the switching cpu execution context between processes is more expensive thn the switching between threds. If it is specified then it is execution context ssocited wit TLB Trnsltion Lookside Buffer which should be reset nd filled with new vlues when the processor is being switched between execution of different...