Внутренние эквивалентные схемы полупроводниковых приборов и внешние электрические цепи представляют собой RC соединения, в которых при подаче переменных сигналов наблюдаются динамические неустановившиеся процессы, называемые в электротехнике – переходные. На рисунке 16 представлена RC цепь, на вход которой подается скачок напряжения амплитудой Е. Скачкообразная подача напряжения обеспечивается замыканием ключа S.   

Для поиска аналитического описания динамики тока и напряжения на отдельных элементах воспользуемся вторым законом Кирхгофа.

По второму закону Кирхгофа для этой цепи

Ri + u_C = Е.

Ток в емкости можно представить в виде i = Cdu_C/dt. Отсюда

                                      RC(du_c / dt) +u_c = E

Установившееся значение напряжения на емкости после замыкания ключа S всегда будет равно E, т.к. на постоянном токе в установившемся режиме du_C/dt = 0 и i = Cdu_C/dt = 0, а u_C = u  Ri = E  Ri = E. Поэтому напряжение на емкости в общем виде будет равно

u_C = u_у + u_с= E + Ue ^t/τ .            (1)

Пусть напряжение на емкости до коммутации было u_C(0 ) = +U₀ (знак + соответствует полярности напряжения на рисeyrt 15 а). Тогда из (1) для момента времени непосредственно после замыкания ключа найдем постоянную U

,

а затем и выражение для напряжения на емкости в виде

,                                (2)

где τ = RC - постоянная времени переходного процесса.

Отсюда можно найти ток в цепи и падение напряжения на резисторе

            (3)

Рисунок 16- Переходные процессы в RC цепи

На рис. 16 б-г) приведены временные диаграммы переходного процесса подключения R-C цепи к источнику постоянной ЭДС для трех вариантов начальных значений напряжения на емкости: 1) E > U₀ > 0 ; 2) E < U₀ и U₀ > 0; 3) U₀ < 0 Во всех случаях напряжение на емкости монотонно по экспоненте изменяется отU₀ до E. В то время как ток и напряжение на резисторе в момент коммутации скачкообразно изменяются на величину пропорциональную разности или сумме E и U₀, а затем монотонно уменьшаются до нуля. При этом, если E < U₀, то ток и падение напряжения на R отрицательны, т.е. происходит разряд емкости.

Полный разряд емкости происходит при отсутствии внешних источников энергии. После переключения ключа S вся энергия, накопленная в электрическом поле емкости C преобразуется в тепло в резисторе R.

Напряжение на емкости в переходном процессе будет иметь только свободную составляющую

u_C = u_с= Ue ^t/

и если цепь достаточно длительное время была подключена к источнику, то в момент переключения напряжение на емкости будет равно E. Поэтому постоянная U будет равна

u_C(0 ) = E = u_C(0₊) = U,

а напряжение на емкости в переходном процессе -

                                      u_C = Ee ^t/τ .                                        (4)

Отсюда ток в цепи и напряжение на резисторе

.(5)

ЛЕКЦИЯ 5

Биполярный транзистор

 Общие сведения. Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор с двумя p-n переходами. Транзистор называют биполярным, так как в процессе протекания электрического тока участвуют носители электричества двух знаков – электроны и дырки. Транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n. Наиболее распространены в применении транзисторы n-p-n типа, так как они обладают рядом преимуществ. В схемах биполярные транзисторы изображаются следующим образом:

Рисунок 17 –Схемное изображение транзисторов.

Индексом "б" обозначен базовый вход, "к" обозначается коллектор, а "э" – эмиттер. Направление стрелки у эмиттера является отличительным признаком типа транзистора (п-р-п или р-п-р) и указывает направление тока эмиттерного перехода. Тогда, коллектор транзистора p-n- p-типа подключается к отрицательному полюсу источника, а коллектор транзистора n-p-n-типа к положительному. Токи и напряжения на электродах транзисторов p-n-p и n-p-n проводимостей представлены на рисунке 18.

Рис.18 – Токи и напряжения в транзисторах разной проводимости

В зависимости от того, какой из выводов транзистора является общим между входным источником сигнала и выходной цепью транзистора, существуют три основные схемы включения транзистора, а именно, с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК), с общей базой (ОБ) (см. рис. 19). 

а) – с общей базой; б) – с общим эмиттером; в) – с общим коллектором.

Рисунок 19 – Существующие схемы включения транзисторов

Основные сравнительные технические параметры различных схем включения транзистора приведены в таблице.1

Наиболее общим и наглядным часто применяющимся показателем свойств транзистора, являются экспериментально снятые статические вольтамперные характеристики (ВАХ). Статические характеристики представляют собой графики экспериментально полученных зависимостей между токами, протекающими в транзисторе, и напряжениями на его p-n переходах при Rн=0. Эти характеристики являются для каждого типа транзистора уникальными и приводятся в его заводских паспортных данных, а также их можно найти в справочниках по полупроводниковым приборам [3,4].

Таблица 1 - Сравнительные технические параметры различных схем включения транзистора [6]