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

49482. Проект ОКС 7 на ГТС с УВС 766 KB
  При необходимости с целью оптимизации сети сигнализации, например, по эффективной нагрузке на звено или по задержке распространения, устанавливается приоритет маршрутов в списке допустимых, который позволяет при проектировании методом итераций изменять структуру сети путем исключения неэффективных звеньев или маршрутов из списка допустимых, включаемых в таблицу маршрутизации.
49488. Тепловая установка для варки жидкого натриевого стекла 175.5 KB
  Вводная часть Технология производства жидкого стекла в общем виде включает следующие технологические операции: Прием и подготовка исходных сырьевых материалов; Растворение исходных сырьевых материалов в воде или в щелочных растворах; Корректирование состава жидкого стекла в процессе варки или после его завершения при необходимости; Отстаивание жидкого стекла в бассейнеотстойнике; Фильтрация и концентрирование жидкого стекла упариванием; Хранение и отгрузка жидкого стекла. Существует несколько способов изготовления этапа...
49490. Расчет компаратора для однополярных напряжений с гистерезисной характеристикой 1.4 MB
  Сравниваемые напряжения подаются на оба входа одновременно. В исходном состоянии Uх = 0 поэтому состояние выхода схемы определяется Uоп , т.е. получаем высокий уровень в точке С и низкий уровень на выходе схемы. Потенциал точки В будет равен потенциалу верхней точки срабатывания (считая, что операционный усилитель (ОУ) идеальный)