Биполярные транзисторы
Определение.
Транзистор- ППП с 3-мя электродами, служащий для усиления сигналов (в общем случае по мощности) или их переключения.
Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения
Различают кремниевые (рис.1) и германиевые транзисторы (рис.2).
Рис.1. Рис.2.
На рис.1 и 2 показаны условные графические обозначения кремниевых (n-p-n) и германиевых (p-n-p) транзисторов и соответствующие им диодные схемы замещения.
Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n - или p - слоем. Электрод связанный с ним называется базой (Б). Дав других электрода называются эмиттером (Э) и коллектором (К). Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с его графическим обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистoра, но она дает возможность представлять действующие в нем обратные и прямые токи и напряжения.
Подача напряжений питания
Обычно переход Э-Б смещен в прямом направлении, а К-Б - в обратном. Поэтому источники напряжений питания транзисторов должны быть включены, как показано на рис.3 и
Рис.3 Рис.4
Основная особенность транзисторов состоит в том, что коллекторный ток Iк является кратным базовому току Iб. Их отношение b = Iк / Iб называют коэфициентом усиления по току.
Нормальный активный режим.
В этом режиме переход Б-Э смещен в прямом направлении, а Б-К - в обратном.
При анализе основных схем включения транзисторов (здесь ОЭ, а далее ОБ и ОК) воспользуемся упрощенным (эквивалентным) представлением биполярного транзистора для низких частот, изображенном на рис.5. б.
Входная цепь представлена динамическим входным сопротивлением rбэ, а в коллекторной цепи использован управляемый источник тока коллектора (Iк = S × Uбэ),
где
При этом внутреннее динамическое сопротивление включено параллельно этому источнику тока, как и следует из теории электрических цепей (Теорема Теверена об эквивалентном генераторе). При определении основных характеристик и параметров схемы здесь и далее будем считать, что идеальные источники напряжений питания (Еп) и входного сигнала (Uвх).
Ток коллектора
1) Iк = a / 1 - a × Iб + 1/1 - a × Iкбо = b × Iб + (1+b) × Iкбо » b × Iб,
где: a - коэфициент передачи по току (т.е. коэфициент передачи тока из эмиттерной цепи в коллекторную) в схеме с ОЭ. Т. к. b>>1, то в схеме с ОЭ возможно усиление по току (потому, что Iб<<Iк!).
2) Ток базы закрытого транзистора. При Uбэ = 0 (транзистор закрыт) Iб » Iкбо, т.е. из базы вытекает ток, » обратному тепловому току перехода К-Б.
3) Входное сопротивление
Тогда ток базы, который также зависит и от Uбэ можно примерно определить так:
Iб = Iк × b, где b = h21 э
4) Коэфициент усиления по напряжению
5) Коэфициент усиления по току
6) Выходное сопротивление
Режим насыщения
В этом режиме оба перехода смещены в прямом направлении.
Внешним проявлением режима насыщения является отсутствие зависимости Iк от Iб. Для схемы с ОЭ существует некоторый “граничный” ток Iбн, при котором достигается насыщение коллекторного тока
Iкн = b × Iбн
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
Rвхн = 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 (Uбэобр), при котором Iэ = 0!
В большинстве цифровых схем Uбэобр такое, при котором Iб уменьшается в 100-200 раз!!
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.
Режим насыщения
в данной схеме возможно только при Uк < Uб, что недостижимо при фиксированной полярности питания. Т.е. режима насыщения нет.
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!!
Литература
1. Волович Г.И. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств. М., 2005. - 530с.
2. Лысенко А.П. Статический коэффициент передачи тока базы транзистора и его зависимость от режима и температуры. Учебное пособие - Московский государственный институт электроники и математики. М., 2005. - 29 с.
3. Нефедов А.В. Интегральные микросхемы и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 1. Издательство: РадиоСофт, 2000. - 512с.
4. Петухов В.М. Биполярные транзисторы средней и большой мощности сверхвысокочастотные и их зарубежные аналоги. Справочник. Том 4. Издательство: КУбК-а, 1997. - 544с.
5. Чижма С.Н. Основы схемотехники. СПб., 2008. - 424с.
Биполярные транзисторы
Определение.
Транзистор- ППП с 3-мя электродами, служащий для усиления сигналов (в общем случае по мощности) или их переключения.
Типы биполярных транзисторов и их диодные схемы замещения
Различают кремниевые (рис.1) и германиевые транзисторы (рис.2).
Рис.1. Рис.2.
На рис.1 и 2 показаны условные графические обозначения кремниевых (n-p-n) и германиевых (p-n-p) транзисторов и соответствующие им диодные схемы замещения.
Транзистор состоит из двух противоположно включенных диодов, которые обладают одним общим n - или p - слоем. Электрод связанный с ним называется базой (Б). Дав других электрода называются эмиттером (Э) и коллектором (К). Диодная эквивалентная схема, приведенная рядом с его графическим обозначением, поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистoра, но она дает возможность представлять действующие в нем обратные и прямые токи и напряжения.
Дата: 2019-07-24, просмотров: 181.
