No Image

Статические характеристики биполярного транзистора с общим эмиттером

0 просмотров
11 марта 2020

Статические характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзистора и для практических расчетов транзисторных схем. Статические характеристики устанавливают связь между постоянными входными и выходными токами и напряжениями и представляются в виде графиков.

Характеристики зависят от схем включения транзисторов. В справочниках обычно приводят типовые семейства характеристик для двух схем включения – с общим эмиттером (ОЭ) и общей базой (ОБ). Характеристики для схем с ОК неудобны для практического применения.

Под входными и выходными параметрами понимают

Параметр схема с ОБ схема с ОЭ

Выходные характеристики транзистора с общей базой показаны на рис. 2.5, а.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения Uкб.

Семейство выходных характеристик снимается при постоянных значениях тока эмиттера. При токе эмиттера равном нулю и напряжении коллектор-база Uкб в цепи коллектора протекает ток IКБ0, величина которого слабо зависит от Uкб – это основная особенность выходных характеристик с ОБ. Границей между режимом отсечки и активным режимом является характеристика, снятая при Iэ = 0. Эта характеристика представляет собой ток IКБ0, то есть обратный ток коллекторного перехода. Рабочие участки выходных характеристик для различных значений Iэ представляют собой прямые линии, идущие с очень небольшим наклоном. Действительно, для увеличения коллекторного тока надо увеличивать ток эмиттера, чтобы из эмиттера в базу инжектировалось больше носителей. Но если эмиттерный ток постоянен, то увеличение коллекторного тока при увеличении Uкб происходит главным образом за счет уменьшения толщины базы, в результате чего в базе снижается рекомбинация, следовательно, увеличивается часть тока, достигающего коллекторного перехода.

При Uкб = 0 ток остается почти таким же, как и при Uкб 0 носит название области насыщения.

Входные характеристики транзистора с общей базой показаны на рис.2.5,б. Входными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общей базой называют семейство характеристик, выражающих зависимость Uэб = f(Iэ). В качестве параметра семейства характеристик используется напряжение Uкб. Вольтамперная характеристика при Uкб=0 аналогична характеристике диода в пропускном направлении: ток эмиттера экспоненциально возрастает с увеличением напряжения на эмиттере. Увеличение отрицательных значений Uкб вызывает смещение кривых к оси токов. Это смещение наиболее заметно при малых напряжения, при напряжениях порядка нескольких вольт кривые сливаются в одну. Это смещение вызвано двумя причинами. Во-первых, при повышении отрицательного напряжения коллектора уменьшается ширина базы и увеличивается градиент концентрации дырок в базе, что приводит к возрастанию тока эмиттера. Во-вторых, при повышении отрицательного напряжения Uкб увеличивается обратный ток коллектора, что приводит к увеличению результирующего напряжения на эмиттерном переходе.

Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером показаны на рис. 2.8,а.

Семейство выходных характеристик Iк = f(Uкэ) снимается при постоянных токах базы.

Это связано с тем, что из-за малого входного сопротивления транзистора источник переменного входного напряжения, имеющий, как правило, большое внутреннее сопротивление, работает в режиме источника тока. Таким образом, входной ток считается заданным, и удобнее вести расчеты с помощью выходных характеристик.

По сравнению с выходными характеристиками транзистора в схеме с общей базой они имеют больший наклон. Это объясняется более сильной зависимостью коэффициента передачи тока базы от напряжения Uкэ. Первая характеристика при Iб = 0 напоминает кривую обратного тока полупроводникового диода. Она соответствует условию разомкнутой цепи базы, при котором в цепи коллектора протекает ток IКЭ. Ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора при постоянном токе базы возрастает при увеличении Uкэ.

В области режима насыщения вольтамперные характеристики сливаются в одну линию. Начальные участки выходных характеристик сходятся в начало координат, так как при Uкэ=0 разность потенциалов на коллекторном переходе равна нулю, а следовательно, равен нулю и ток коллектора. Формально границей раздела активного режима и режима насыщения является условие uкэ = ибэ. Это напряжение для кремниевых транзисторов составляет около 0,7 В. Пока прямое напряжение ик.п.= ибэ— uкэ невелико, ток коллектора несущественно отличается от тока в активном режиме. Резкое уменьшение тока коллектора наступает при uкэ = 0,1В. В справочниках это напряжение обозначается uкэ.нас.

Входные характеристики транзистора с общим эмиттером приведены на рис.2.8,б. Они представляют собой зависимость при неизменном напряжении Uкэ. Взаимное расположение входных характеристик, как и в схеме с общей базой зависит от напряжения коллектора. Однако входные характеристики в схеме с ОЭ, снятые при больших значениях напряжения Uкэ, располагаются дальше от оси токов, чем характеристики при меньших значениях Uкэ. При Uкэ =0 входная характеристика подобна характеристике прямого тока полупроводникового диода. При Uкэ >0 характеристика сдвигается вправо, ток базы уменьшается и при малых значениях Uбэ становится отрицательным. Влияние напряжения Uкэ на величину входного тока практически прекращается при напряжениях, больших 0,1…0.2 В.

Читайте также:  Морозильный ларь хайер отзывы

Дата добавления: 2014-01-06 ; Просмотров: 2664 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Схема с общим эмиттером (ОЭ) представлена на рис. 1.11. Транзистор п-р-п в этой схеме работает так же, как и в схеме с ОБ. Заметим лишь, что общепринятое направление токов (от К источника напряжения), обозначенное на рис. 1.11, а, противоположно направлению движения электронов. Характерным признаком схемы с ОЭ является то, что нагрузка располагается в коллекторной цепи (рис. 1.11,6).

Рис. 1.11. Схема включения транзистора с общим эмиттером (а); типовое изображение в схемах (б)

Так же как и для схемы с ОБ, входным сигналом в этой схеме является напряжение между базой и эмиттером, а выходными величинами – коллекторный ток Iк и напряжение на нагрузке Uвых = Iк • Rн Транзистор в схеме с ОЭ характеризуется коэффициентом передачи тока

имеющим значения β = 10. 100, который связан с коэффициентом α для схемы с ОБ соотношением:

Оценим значения коэффициентов усиления схемы с ОЭ (их обозначают индексом "Э").

Выходным током, как и в схеме с ОБ, является ток Iк, протекающий но нагрузке, а входным током (в отличие от схемы с ОБ) – ток базы IБ; коэффициент усиления по току схемы с ОЭ равен

При α = 0,98 КIЭ = 0,98/(1 – 0,98) ≈ 50, т.е. нескольким десяткам, что многократно превосходит аналогичный коэффициент у схемы с ОБ.

Входное сопротивление в схеме с ОЭ также значительно выше, чем в схеме с ОБ, так как в схеме с ОЭ входным током является ток базы, а в схеме с ОБ – во много раз больший ток эмиттера (а именно в 1/(1 – α) ≈ β раз):

Величина входного сопротивления в схеме с ОЭ больше, чем в схеме с ОБ в ≈ β раз и составляет сотни ом.

Коэффициент усиления по напряжению в схеме с ОЭ соизмерим с таким же коэффициентом у схемы с ОБ:

По коэффициенту усиления по мощности схема с ОЭ за счет значительно большего коэффициента усиления по току также многократно превосходит схему с ОБ:

и зависит от коэффициента передачи тока β и отношения сопротивления нагрузки к входному сопротивлению.

Благодаря отмеченным свойствам, схема с ОЭ нашла очень широкое применение.

Работу схемы обычно описывают с помощью входных и выходных характеристик транзистора в той или иной схеме включения. Для схемы с ОЭ входная характеристика – это зависимость входного тока от напряжения на входе схемы, т.е. IБ = f (UБЭ) при фиксированных значениях напряжения коллектор – эмиттер ( Uкэ = const).

Выходные характеристики – это зависимости выходного тока, т.е. тока коллектора, от падения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора Iк = f ( иБЭ) при токе базы IБ = const.

Входная характеристика по существу повторяет вид характеристики диода при подаче прямого напряжения (рис. 1.12, б). С ростом напряжения UKЭ входная характеристика будет незначительно смещаться вправо.

Рис. 1.12. Выходные (а) и входная (б) характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

Вид выходных характеристик (рис. 1.12, а) резко различен в области малых (участок ОA) и относительно больших значений Uкэ. Напомним, что для нормальной работы транзистора необходимо, чтобы на переход база–эмиттер подавалось прямое напряжение, а на переход база–коллектор – обратное. Поэтому, пока |1/кэ| UБЭ напряжение на коллекторном переходе UБK = UКЭ – UБЭ становится обратным и, следовательно, мало влияет на величину коллекторного тока, который определяется в основном током эмиттера. При таком напряжении все носители, инжектированные эмиттером в базу и прошедшие через область базы, устремляются к внешнему источнику. При напряжении UБЭ

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор, состоящий из трех областей с чередующимися типами электропроводности и предназначеный для усиления сигнала.

Читайте также:  Барбарис не цветет что делать

Биполярные транзисторы являются полупроводниковыми приборами универсального назначения и широко применяются в различных усилителях, генераторах, в импульсных и ключевых устройствах.

Биполярные транзисторы можно классифицировать по материалу: германиевые и кремниевые; по виду проводимости: типа р- n -р и n — p — n ; по мощности: малая (Р мах 0,3Вт), средняя (Р мах = 1,5Вт) и большая (Р мах > 1,5Вт); по частоте: низкочастотные, среднечастотные, высокочастотные и СВЧ.

В таких транзисторах ток определяется движением носителей заряда двух типов: электронов и дырок. Отсюда пошло их название: биполярные.

Биполярный транзистор представляет собой пластинку германия или кремния, в которой созданы три области с различной электропроводностью. У транзистора типа n -р- n средняя область имеет дырочную, а крайние области – электронную электропроводность.

Транзисторы типа р- n -р имеют среднюю область с электронной, а крайние — с дырочной проводностью.

Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область – эмиттером, вторая – коллектором. Таким образом в транзисторе имеются два р- n — перехода: эмиттерный – между эмиттером и базой и коллекторный – между базой и коллектором.

Эмиттером — это область транзистора для инжекции носителей заряда в базу. Коллектором — область, назначением которой является извлечение носителей заряда из базы. Базой называется область, в которую инжектируются эмиттером неосновные для этой области носители заряда.

Концентрация основных носителей заряда в эмиттере во много раз больше концентрации основных носителей заряда в базе, а в коллекторе несколько меньше концентрации в эмиттере. Поэтому проводимость эмиттера гораздо выше проводимости базы, а проводимость коллектора меньше проводимости эмиттера.

В зависимости от того, какой из выводов является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК).

Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка.

Принцип действия транзистора на примере транзистора р- n -р –типа, включенного по схеме с общей базой (ОБ).

Внешние напряжения двух источников питания ЕЭ и Е к подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода П1 в прямом направлении, а коллекторного перехода П2 – в обратном направлении.

Если к коллекторному переходу приложено обратное напряжение, а цепь эмиттера разомкнута, то в цепи коллектора протекает небольшой обратный ток I ко . Он возникает под действием обратного напряжения и создается направленным перемещением неосновных носителей заряда дырок базы и электронов коллектора через коллекторный переход. Обратный ток протекает по цепи: +Е к , база-коллектор, −Е к .

При включении в цепь эмиттера постоянного напряжения ЕЭ в прямом направлении потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается. Начинается инжектирование дырок в базу.

Внешнее напряжение, приложенное к транзистору, оказывается приложенным в основном к переходам П1 и П2, т.к. они имеют большое сопротивление по сравнению с сопротивлением базовой, эмиттерной и коллекторной областей. Поэтому инжектированные в базу дырки перемещаются в ней посредством диффузии. При этом дырки рекомбинируют с электронами базы. Поскольку концентрация носителей в базе значительно меньше, чем в эмиттере, то рекомбинируют очень немногие дырки. При малой толщине базы почти все дырки будут доходить до коллекторного перехода П2. На место рекомбинированных электронов в базу поступают электроны от источника питания Е к . Дырки, рекомбинировавшие с электронами в базе, создают ток базы I Б.

Под воздействием обратного напряжения Е к, потенциальный барьер коллекторного перехода повышается, а толщина перехода П2 увеличивается. Вошедшие в область коллекторного перехода дырки попадают в ускоряющее поле, созданное на переходе коллекторным напряжением, и втягиваются коллектором, создавая коллекторный ток I к . Коллекторный ток протекает по цепи: +Е к , база-коллектор, -Е к .

Таким образом, в б иполярном транзисторе протекает три вида тока: эмиттера, коллектора и базы.

В проводе, являющемся выводом базы, токи эмиттера и коллектора направлены встречно. Ток базы равен разности токов эмиттера и коллектора: I Б = I Э − I К.

Физические процессы в транзисторе типа n -р- n протекают аналогично процессам в транзисторе типа р- n -р.

Полный ток эмиттера I Э определяется количеством инжектированных эмиттером основных носителей заряда. Основная часть этих носителей заряда достигая коллектора, создает коллекторный ток I к . Незначительная часть инжектированных в базу носителей заряда рекомбинируют в базе, создавая ток базы I Б. Следовательно, ток эмиттера разделятся на токи базы и коллектора, т.е. I Э = I Б + I к .

Читайте также:  Базальтовый утеплитель для стен дома снаружи

Выходной ток транзистора зависит от входного тока. Поэтому транзистор- прибор, управляемый током.

Изменения тока эмиттера, вызванные изменением напряжения эмиттерного перехода, полностью передаются в коллекторную цепь, вызывая изменение тока коллектора. А т.к. напряжение источника коллекторного питания Е к значительно больше, чем эмиттерного Е э , то и мощность, потребляемая в цепи коллектора Р к , будет значительно больше мощности в цепи эмиттера Р э . Таким образом, обеспечивается возможность управления большой мощностью в коллекторной цепи транзистора малой мощностью, затрачиваемой в эмиттерной цепи, т.е. имеет место усиление мощности.

Схемы включения биполярных транзисторов

Транзистор, в схему включают так, что один из его выводов является входным, второй – выходным, а третий – общим для входной и выходной цепей. В зависимости от того, какой электрод является общим, различают три схемы включения транзисторов: ОБ, ОЭ и ОК . Для транзистора n -р- n в схемах включения изменяются лишь полярности напряжений и направление токов. При любой схеме включения транзистора, полярность включения источников питания должна быть выбрана такой, чтоб эмиттерный переход был включен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном.

Статические характеристики биполярных транзисторов

Статическим режимом работы транзистора называется режим при отсутствии нагрузки в выходной цепи.

Статическими характеристиками транзисторов называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

Характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ

Входной характеристикой является зависимость:

I Э = f ( U ЭБ) при U КБ = const (а).

Выходной характеристикой является зависимость:

I К = f ( U КБ) при I Э = const (б).

Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОБ. Выходные ВАХ имеют три характерные области: 1 – сильная зависимость I к от U КБ; 2 – слабая зависимость I к от U КБ; 3 – пробой коллекторного перехода. Особенностью характеристик в области 2 является их небольшой подъем при увеличении напряжения U КБ.

Характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ:

Входной характеристикой является зависимость:

I Б = f ( U БЭ) при U КЭ = const (б).

Выходной характеристикой является зависимость:

I К = f ( U КЭ) при I Б = const (а).

Режим работы биполярного транзистора

Транзистор может работать в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах. При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, а на коллекторном – обратное.

Режим отсечки, или запирания, достигается подачей обратного напряжения на оба перехода (оба р- n — перехода закрыты).

Если же на обоих переходах напряжение прямое (оба р- n — перехода открыты), то транзистор работает в режиме насыщения. В режиме отсечки и режиме насыщения управление транзистором почти отсутствует. В активном режиме такое управление осуществляется наиболее эффективно, причем транзистор может выполнять функции активного элемента электрической схемы — усиление, генерирация.

усилительный каскад на биполярном транзисторе

Наибольшее применение находит схема включения транзистора по схеме с общим эмиттером. Основными элементами схемы являются источник питания Е к , управляемый элемент – транзистор VT и резистор R к . Эти элементы образуют выходную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого тока создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы. Другие элементы схемы выполняют вспомогательную роль. Конденсатор С р является разделительным. При отсутствии этого конденсатора в цепи источника входного сигнала создавался бы постоянный ток от источника питания Е к .

Резистор R Б, включенный в цепь базы, обеспечивает работу транзистора при отсутствии входного сигнала. Режим покоя обеспечивается током базы покоя I Б = Е к / R Б. С помощью резистора R к создается выходное напряжение. R к выполняет функцию создания изменяющегося напряжения в выходной цепи за счет протекания в ней тока, управляемого по цепи базы.

Для коллекторной цепи усилительного каскада можно записать следующее уравнение электрического состояния:

Е к = U кэ + I к R к ,

сумма падения напряжения на резисторе R к и напряжения коллектор-эмиттер U кэ транзистора всегда равна постоянной величине – ЭДС источника питания Е к .

Процесс усиления основывается на преобразовании энергии источника постоянного напряжения Е к в энергию переменного напряжения в выходной цепи за счет изменения сопротивления управляемого элемента (транзистора) по закону, задаваемого входным сигналом.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
No Image Строительство
0 комментариев
Adblock detector