Биполярные транзисторы

      При дальнейшем увеличении тока базы ток  коллектора не увеличивается и может  быть введен некоторый коэфициент, характеризующий:

      1) Степень насыщения 

      N = Iб / Iбн Þ Iкн = N × Iк 

      2) Входное сопротивление 

      Rвх_н = Rвх / b,  

      где Rвх - входное сопротивление в активной линейной области.

      3) Выходное напряжение 

      Uвых  = Uкэн » Uбэ 

      Это так называемое остаточное напряжение на участке К - Э, слабо зависящее от величины коллекторного тока.

      4) Выходное сопротивление 

      Rвых » rкэ » Rвых / b » Rк / b,  

      где Rвых - выходное сопротивление в активной линейной области.

      Режим отсечки

      В этом режиме оба перехода смещены  в обратном направлении.

      1) Iэ » 0

      2) Iк » Iкбо

      3) Iб » - Iкбо

      Границей  режима отсечки является обратное напряжение (напряжение отсечки) на переходе Б-Э (Uбэ_обр), при котором Iэ = 0!

      В большинстве цифровых схем Uбэ_обр такое, при котором Iб уменьшается в 100-200 раз!!

      2) Схема с общей базой

      В этой схеме управляющее напряжение прикладывается к участку Э-Б, а  входной сигнал снимается с резистора  нагрузки, вкюченного в коллекторную цепь. Потенциал базы при этом фиксирован, а потенциал Э должен быть меньше потенциала Б, если переход Б-Э смещен в прямом направлении. 

      

      а)         б)

      Рис.7 

      На  рис.7 показана схема включения транзистора с ОБ и ее эквивалентная схема на низких частотах.

      Вольт - амперная характеристика и режимы работы 

      

      а)        б)

      Рис.8 Входные а) и выходные б) характеристики. 

      Нормальный  активный режим.

      В этом режиме, как и в схеме с  ОЭ, переход Б-Э смещен в прямом направлении, переход К-Б в - обратном. 

      1) Iк = a × Iэ + Iко (e^Uкб/Uт -1) = a × Iэ + Iкбо » a × Iэ 

      Т. к. a<1, то усиление по току в такой схеме невозможно Iк = b × Iб.

      2) 

        

      3) Ki = a » 1

      4) Rвх » rбэ / ÙUвх / Ù Iвх, т.е. в b раз меньше чем всхеме с ОЭ!!

      5) 

       ,  

      т.е. такое же как и в схеме с ОЭ.

      Режим насыщения

      в данной схеме возможно только при Uк < Uб, что недостижимо при фиксированной полярности питания. Т.е. режима насыщения нет.

      3) Схема с общим коллектором

      Это по сути частный случай схемы с  ОЭ при Rк = 0! Поэтому, практически все соотношения для токов транзистора и потенциалов на его переходах, характерные для схемы с ОЭ, могут быть применим и в данном случае.

      В этой схеме управляющее напряжение приложено к участку Б-Э, выходной сигнал снимается с резистора  нагрузки, включенного в эмиттерную цепь. Потенциал коллектора при этом фиксирован!

      Причем, в этой схеме, также как и в  схеме с ОБ, отсутствует режим  насыщения, поскольку потенциал  коллектора никогда не может быть ниже потенциала базы!!

      Параметры схемы в режиме отсечки аналогичны таковым в схеме с ОЭ!!

      На  рис.8 приведены схема включения и ее эквивалентная схема. 

      

      Рис.8 

      1)

      

      2)

        

      3) Rвх = rбэ + b × Rэ, т.е. во много раз больше чем Rвх в схемах с ОЭ и ОБ! (десятки и сотни кОм). 

      4)

        

      Т. е. такая схема имеет высокий Ki, малое Rвых и большое Rвх!!

6. H и Y параметры транзисторов

 

      Транзистор  можно рассматривать как четырехполюсник  где  

      Uвх = U_1,Iвх = I₁, Uвых = U₂, Iвых = I₂.

      h_11э = ÙUбэ / ÙIбэ ÷ Uк = const = Rвх

      h_12э = ÙUбэ / ÙUк ½Iб = const - 

      коэффициент внутренней ОС (очень малая величина, которой в инженерной практике пренебрегают и принимают = 0)

      h_21э = ÙIк / ÙIб ½Iб = const = b

      h_22э = ÙIк / ÙUк ½Iб = const -  

      Выходная  проводимость  

      ([Сименс] = 1/Ом)

      Rвых  = 1/ h_22э 

      В настоящее время для практических расчетов h и y параметры практически не используются!

7. Влияние температуры на статистические характеристики транзистора. Динамические параметры

 

      Это параметры, которые совместно с  такими же параметрами других компонентов  схемы определяют вид АЧХ линейной схемы или характер переходных процессов в ключевых схемах.

      Частотные свойства транзистора в активном режиме определяются:

      инерционностью  процессов распространения подвижных  носителей в транзисторной структуре (в основном на базе);

      наличием  емкостей переходов (в частности барьерной емкостью коллекторного перехода) и конечным значением внутренних сопротивлений;

      эффектами накопления и рассеивания зарядов.

      Обычно, для упрощения анализов динамических процессов, большую часть источников инерционности процессов в транзисторе  сводятся к эквивалентным емкостям (зависящим, в общем случае, от напряжения и частоты). За счет этого получают достаточно простые эквивалентные схемы транзистора на переменном токе, приведенные на рис.5.6. 

      

      Рис.9. Эквивалентные схемы для активного режима а) и режима отсечки б). 

      Коэффициент передачи по току может быть представлен характеристикой ФНЧ первого порядка 

       ,  

      где w_b - частота среза.

      Во  временной области эта зависимость  имеет вид: 

       ,  

      где t_b = 1/w_b - постоянная времени изменения коэффициента передачи по току.

      Граничной частотой усиления (или “частотой единичного усиления”) называют частоту, при которой модуль коэффициента усиления уменьшается до

      В практических в расчетах используется соотношение 

      w_гр = b × w_b

      t_a = t_b / (1+b) или t_b = (1+b) t_a » b × t_a, 

      где t_a = 1/2pf_a, f_a - граничная частота усиления для схемы с ОЭ, которая приводится обычно в справочных данных!

      Кроме f_a в справочных данных приводятся значения t_a и t_b, а также величины емкостей эмиттерного (С^*_эо) и коллекторного (С^*_ко) переходов при Uкб=0, Uэб=0, Uкк и Uэк - контактная разность потенциалов переходов К-Б и Э-Б.

      Особенности переходных процессов в ключевом режиме работы транзистора включенного, например, по схеме с ОЭ заключается в наличии времени рассасывания заряда неосновных носителей, накопленного в базе при протекании тока в отрытом и насыщенном состоянии. Причем, с увеличением Iкн увеличивается tр! 

      Iк (t) = b (t) × Iб

      Iкн = b_о × Iбн ® Iбн = S × Iбо 

      

9. Предельно допустимые параметры

 

      1) Uэб_обр - электрический (Зенеровский) или тепловой пробой перехода Б-Э