Электроника 8 Характеристики б.п. 18.06.2014 28

Характеристики б.п. транзистора. Слайд 1. Всего 28
Электроника
ХАРАКТЕРИСТИКИ
И
СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ
БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 2. Всего 28
Входные характеристики при включении транзистора по схеме
с общим эмиттером
IБ
UКЭ = 0
UКЭ = 10 В
0
0,25
0,5
UБ Э, В
Входная характеристика при UКЭ = 0 идёт из начала координат.
При UКЭ > 0 характеристика сдвигается вправо. Ток базы при
малых UБЭ становится отрицательным.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 3. Всего 28
UКЭ = 0
Б
К
IК
IБ
К
Б
Э
IЭ
UБЭ
Э
UБЭ
UБЭ = 0
Б
К
IБ
Э
Б
IЭ
UКЭ
Автор Останин Б.П.
IК
К
Э
UКЭ
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 4. Всего 28
Выходные характеристики при постоянных токах базы
(а) и постоянных напряжениях UБЭ (б).
IK, мА
IK, мА
IБ = 0,5 мА
15
UБЭ = 0,5 В
0,4 В
IБ = 0,4 мА
0,3 В
IБ = 0,3 мА
10
IБ = 0,2 мА
5
0,2 В
IБ = 0,1 мА
0,1 В
IБ = 0
0
0
5
Автор Останин Б.П.
10
15
20
25
UКЭ, В
IKН
UБЭ = 0
UКЭ, В
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 5. Всего 28
Характеристики управления при включении
транзистора по схеме ОЭ IК = f(IБ) (а) и IК = f(UБЭ) (б)
IК
UКЭ = 0
IK
UКЭ = 10 В
IKЭ 0
0
Автор Останин Б.П.
IБ
0
0,25
0,5
UБ Э, В
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 6. Всего 28
Входные характеристики при включении транзистора по схеме с общей базой
IЭ
IЭ
К
Э
UКБ =10 В
IК
UКБ = 0
Б
IБ
UБЭ
UКБ
0
0,1
Автор Останин Б.П.
0,2
UБ Э, В
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 7. Всего 28
Выходные характеристики при включении
транзистора по схеме с общей базой
IK, мА
IЭ = 3 мА
2,5
2,0
1,5
1,0
IЭ = 0,5 мА
IЭ = 0
3
2
1
0
0,8
Автор Останин Б.П.
0,4
10
20
25
UКБ, В
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 8. Всего 28
Схема для снятия характеристик транзистора
IК
R4
PA2
IБ
R1
PA1
R2
U1
Автор Останин Б.П.
PV1
PV2
R3
U2
IЭ
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 9. Всего 28
ПАРАМЕТРЫ И ЭКВИВАЛЕНТНЫЕ
СХЕМЫ БИПОЛЯРНЫХ
ТРАНЗИСТОРОВ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 10. Всего 28
Эквивалентная схема в виде модели Эбертса-Молла
Модель Эбертса-Молла характеризует только активную область
транзистора.
Для транзистора типа p-n-p схема имеет вид:
0II2
0NI1
IЭ
IК
Э
К
I1 = f (UЭБ)
IБ
I2 = f (UКБ)
Б
 0N – статический коэффициент передачи тока транзистора при
нормальном (прямом) включении перехода;
 0I – статический коэффициент передачи тока транзистора при
инверсном (обратном) включении перехода.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 11. Всего 28
0II2
0NI1
IЭ
IК
Э
К
IБ
I1 = f (UЭБ)
I2 = f (UКБ)
Б
I Э  I1  0 I I 2
U ЭБ
T
'
I 1  I ЭБ
(
e
 1)
0
I К  I 2   0 N I1
U КБ
T
'
I 2  I КБ
(
e
 1)
0
'
'
I КБ
I
и
0
ЭБ 0 - тепловые токи p-n –переходов (не обратные!)
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 12. Всего 28
0II2
0NI1
IЭ
IК
Э
К
IБ
I1 = f (UЭБ)
I2 = f (UКБ)
Б
Тогда
U ЭБ
U КБ
T
T
'
'
I Э  I ЭБ
 1)   0 I I КБ
 1)
0 (e
0 (e
U КБ
U ЭБ
T
T
'
'
I К  I КБ
(
e

1
)


I
(
e
 1)
0
0 N ЭБ 0
Разность токов IЭ и IК составляет ток базы.
U ЭБ
U КБ
T
T
'
'
I Э  (1   0 I ) I ЭБ
(
e

1
)

(
1


)
I
(
e
 1)
0
0N
КБ 0
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 13. Всего 28
0II2
0NI1
IЭ
IК
Э
К
IБ
I1 = f (UЭБ)
I2 = f (UКБ)
Б
Если на оба перехода заданы обратные напряжения, полученная
формула теряет силу.
Рассмотренная модель по сути своей нелинейна и обычно
применяется для анализа работы транзистора при больших
изменениях тока и напряжения.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 14. Всего 28
Большому классу электронных схем свойственен режим работы,
при котором на фоне сравнительно больших постоянных токов и
напряжений действуют малые переменные составляющие. В этом
случае постоянные и переменные составляющие сигнала могут
анализироваться по отдельности. Анализ постоянных составляющих
осуществляется с помощью физической модели Эберса-Молла, а при
анализе переменных составляющих используется малосигнальная
эквивалентная схема, состоящая из линейных элементов. Параметры
её элементов получают линеаризацией исходных характеристик
транзисторов в окрестности режима работы по постоянному току.
Чаще применяется Т-образная схема. Схема для ОБ может быть легко
получена заменой эмиттерного и коллекторного диодов их
дифференциальными сопротивлениями rЭ и rК, а статических
коэффициентов 0N и 0I передачи тока – дифференциальными
коэффициентами при нормальном N и инверсном I включении
перехода. Если транзистор работает в нормальном режиме, то из
эквивалентной схемы можно исключить источник II2 и N обозначить
через ..
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 15. Всего 28
Полная схема транзистора с ОБ с управляемым источником тока
IЭ
IЭ
rЭ
Э
СЭ
UЭБ
IК
rК
IБ
rБ
К
СК
UКБ
Б
Б
Схема транзистора с ОБ для нижних частот с управляемым источником тока
IЭ
IЭ
Э
UЭБ
Автор Останин Б.П.
Б
rЭ
rК
IК
К
IБ
rБ
UКБ
Б
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 16. Всего 28
Схема транзистора с ОБ для нижних частот с управляемым
источником напряжения
IЭ
rК
rЭ
Э
UЭБ
ImЭrК
IК
К
IБ
rБ
UКБ
Б
Б
Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода
rЭ 
T
IЭ
Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода,
обусловленное эффектом Эрли,
rК 
Автор Останин Б.П.
K UК
IЭ
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 17. Всего 28
rК 
L
где
K
K UК
IЭ
2qN
 0
b
L – длина свободного пробега в области базы;
N – концентрация примеси;
 - относительная диэлектрическая проницаемость;
0 - абсолютная диэлектрическая проницаемость
свободного пространства;
b – толщина базы;
UK – модуль обратного напряжения.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 18. Всего 28
Расчёт rБ затруднён из-за сложных траекторий
базового тока и геометрии базового слоя, а также его
неоднородностью.
Для планарных транзисторов rБ = 50…200 Ом.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 19. Всего 28
Для транзистора типа n-p-n схема имеет вид:
IБ
IБ
Б
UЭБ
rК*
rБ
СБ
IЭ
rЭ
СК*
IК
К
UКБ
Э
Э
Чтобы схемы ОБ и ОЭ были равноценны, они как четырёхполюсники
должны иметь одинаковые параметры в режимах холостого хода и короткого
замыкания. Приравнивая напряжения холостого хода IЭrК и IБrК* в
указанных схемах и учитывая, что в режиме холостого хода IЭ  IБ, получаем
 rК   rК*
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 20. Всего 28
 rК   rК*
Отсюда

r  rК

*
К
Переходя от  к  и учитывая, что

получим

1
rК
r 
 1
*
К
В то же время коллекторная ёмкость
С К*  С К (   1)
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 21. Всего 28
Ёмкостью СЭ можно пренебречь, поскольку она
шунтирована малым сопротивлением rЭ и её
влияние сказывается на более высоких частотах,
чем влияние ёмкости СК.
IБ
IБ
Б
UЭБ
Э
rК*
rБ
IЭ
rЭ
СК*
IК
К
UКБ
Э
Таким образом, в схеме с ОЭ резистивное и
ёмкостное сопротивления коллекторной цепи
значительно (в +1) раз меньше, чем в схеме с ОБ.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 22. Всего 28
Рассмотренные Т-образные эквивалентные
схемы являются приближёнными, так как на
самом деле эмиттер, база и коллектор соединены
друг с другом внутри транзистора не в одной
точке.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 23. Всего 28
Вторичные параметры транзисторов
Все системы вторичных параметров основаны
на том, что транзистор рассматривается как
четырёхполюсник.
Вторичные
параметры
связывают входные и выходные переменные токи и
напряжения.
В настоящее время основными считаются
смешанные (гибридные) параметры (h-параметры).
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 24. Всего 28
Эквивалентная схема транзистора с использованием
h-параметров
i1
u1
i2
h11
h12u2
h21i1
h22
u2
i1 – переменная составляющая входного тока;
u1 - переменная составляющая входного напряжения;
i2 – переменная составляющая выходного тока;
u2 - переменная составляющая выходного напряжения.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 25. Всего 28
i1
i2
h11
u1
h12u2
h22
h21i1
u2
u1  h11  i1  h12  u2
i2  h21  i1  h22  u2
Коэффициенты h определяют опытным путём.
u1
h11 
i1
u2 0
u
h12  1
u2
i1  0
i
h21  2
i1
u2 0
i2
h22 
u2
i1  0
h11 – входное сопротивление транзистора;
h12 – коэффициент обратной связи по напряжению;
h21   – коэффициент передачи (усиления) тока;
h22 – выходная проводимость.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 26. Всего 28
Можно составить эквивалентную схему транзистора в
h-параметрах, используя амплитудные значения токов и
напряжений.
Im1
Um1
Im2
h11
h12Um2
h21Im1
h22
Um2
Для создания математической модели транзистора
полный набор h-параметров часто не требуется.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 27. Всего 28
Эквивалентная схема транзистора с использованием
h-параметров при его включении с общим
эмиттером.
iБ
uБЭ
iБ
i1
u1
iК
i2
u2
uКЭ
iК
h11Э
Б
uБЭ
Э
Автор Останин Б.П.
К
h12Эu2
h21ЭiБ
h22Э
uКЭ
Э
Конец слайда
Характеристики б.п. транзистора. Слайд 28. Всего 28
Параметр
Схема ОЭ
Схема ОБ
h11
Сотни Ом – единицы кОм
Единицы – десятки Ом
h12
10-3 – 10-4
10-3 – 10-4
h21
Десятки – сотни
0,95 … 0998
h22
10-4 … 10-5 См
10-5 … 10-6 См
У транзистора, включённого по схеме ОК h- параметры такие
же как и при включении транзистора по схеме ОЭ.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда