Изъюрова Г.И. Расчёт электронных схем. Примеры и задачи (1987), страница 7

Емкость С„учитывают при частотах, составляющих десятки килогерп. а емкость С, — при частотах, превышающих единицы и десятки мегагерц. При работе на средних частотах (от десятков герц до елиниц кнлогерц) емкости переходов не учитывают и в схему замещения не вводят. Дифференциальный коэффициент передачи эмиттер ного тока и = с)1„ф1, ( ц„ Коэффициент и имеет порядок 0,9-0999. ' В Т-образной схеме замещения транзистора ОЭ (рнс 2.б,б) сопротивления г,„г~ имеют тот же физический смысл н тоз же порядок величин, что и в схеме ОБ. Поскольку входной ток в схеме ОЭ вЂ” ток базы, в выходную цепь введен источник тока )31ь Сопротивление гр = г„/(1 + (3), учитывает изменение коллекторного тока с изменением напряжения У,е.

Так как входным в схеме ОЭ является ток базы, который в 1+ (3 раз меньше тока змиттера, то при переходе от схемы ОБ к схеме ОЭ в 1+ (3 раз уменьшается не только активное, но и емкостное сопротивление коллекторного перехола. В схеме ОЭ С"„'=(1+(3)Сп. Увеличение емкости С„* приводит к еще большему ее влиянию на высоких частотах, чем влияние емкости С, В связи с згим емкость С, в схеме ОЭ обычно не учитывается. Дифференциальный коэффициент передачи тока базы в схеме ОЭ сУ„ Л ц„= сапа Так как в транзисторе существует положительная обратная связь, обусловленнаа эффектом модуляции ширины базы„то во входные цепи схем замещения следовало бы ввести источник напряжения, учитывающий это явление. Так как числовое значение коэффициента обратной связи мало (10 з — 10 4)„то обычно этот.

источник в схему замещения не вводят. Получили также распространение формализованные модели транзистора. Они основаны на представлении транзистора в виде четырехполюсника, который может быть харахтеризован олной из шести систем уравнений, связывающих между собой входные и выходные токи и напряжения. Чаще всего используются следующие три системы уравнений: (2.21) 11 У11 ~! + У!2~' 2 12 У21~1+У22~2( (2.22) (.

1 = "1111 + "12 с"2 12 12111 + )!22(' 2 (2.23) 71! 222 Ряс. 2.7 Схемы заме!пения транзистора для систем 2,у,)1-параметров показаны на рис. 2.7, а, 6, е соответственно. На высоких частотах используется также гибридная схема замешения (см. рис. 238). Наиболее широко используется система 11-параметров, так как эти параметры легко измерить и определить по ВАХ транзистора. 11-параметры транзистора имеют следующий физический смысл: 11„= с!,/11 ) б е — входное сопротивление транзистора в режиме короткого замыкания (к.з.) на выходе для переменного тока; )!12 = ь!1!ь!2 ~;! е — коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода (х.

х.) на входе Лля переменного тока; )!21 =12/11 ~ В, е — коэффициентпереда- чн тока в режиме к з. на выходе для переменного тока; »»аз —— = 1н»~Уз)», в — выходная проводимость транзистора в режиме х. х. на входе для переменного тока. Значения )»-параметров зависят от схемы включения транзистора, Й-параметры транзистора связаны с их физическими параметрами в схеме ОБ следующими соотношениями: »» =)»»1в(1 )»пв) "»и/)ззв (2.24) гв = й»зв/Ьжв, (2.25) г, = 1/Ьпв, (22б) »»= ))»з, 1 (2.27) Влияние температуры на работу транзнст о р а. Работа транзисторов сильно зависит от температуры, при которой находатся р-и-переходы.

Различают три основные причины нестабильности тока»»оллекгора прн изменении температуры. Прежде всего от температуры су»не»твенно зависит обратный ток коллекторного перехода 1кщ. Обнаружено, что ток 1квв удваивается прн изменении температуры на каждые 10'С для германиевых и на каждые 7'С для кремниевых транзисторов. Кроме того, напряжение база — эмиттер с ростом температуры уменьшается. Ориентировочно значение скорости этого уменьшения Л1/вэ//хТ= -2,5 мВ/'С.

Наконец, коэффициент передачи тока базы ))()»з»,) с увеличением температуры переходов увеличивается. Наиболее вредное влияние на работу транзистора при гнменении температуры оказывает увеличение тока 1кхв. За счет этого фактора в наихудшем случае ток коллектора может возрасти иастольхо, что произойдет тепловой пробой коллектор- ного перехода транзистора. Максимально допустимые электрические и тепловые параметры — это те параметры, которые не должны быль превьнпены прн любых условиях эксплуатации н при которых обеспечивается заданная надежность. Максимально допустимая постояннЪя рассеиваемая мои»- ность коллектора Рк,„— наибольшая мощность, рассеиваемая в транзисторе при температуре окружающей среды Т, (или корпуса Т,).

При работе транзисгора в режиме переключения, кроме мощности, рассеиваемой в коллехторном переходе, добавляется мощность, рассеиваемая в базе. Значение Р, допустимое прн заданной температуре корпуса Т„нли окружающей среды Т„апре»жляют по формулам Р (Т) =(Т, и — Т)/11 Р„м (Т) = (Т, — ~)/й,' (2.28) (2.29) ГДЕ Ть„— ' МаКСИМаЛЬНО ДОПУС2НМаа тЕМПЕРатУРа Р-П-ПЕРЕХО- да; К,„„ — тепловое сопротьвление переход †корп; К, — тепловое сопротивление переход †окружающ среда Максимально допустимые напряжения: Укв,' Укэ„... П, 6 „.

Для большинства биполярных транзисторов указывается максимальное сопротивление между базой и эмиттером йв, при котором допустимо данное значение 11кэ в отсутствие запирающего смещения на базе. Максимально допустимые токи 1„н; 1э,; 1в,„ч (регламен. тируется толыго для транзисторов большой и средней мощности). Частотные и импульсные свойства транзисторов.

С повышением частоты коэффициент передачи тока эмнттера уменьшаетса по модулю и становится комплексной величиной. Как следствие, происходит сдвиг по фазе межву переменными составляющими тока коллектора и тока эмиттера. Частотные свойства транзисторов принято характеризовать рядом параметров, Предельной частотой коэффициен2па передачи тока Хьи называют такую частоту, на которой модуль коэффициента передачи тока уменьшается в )/2 раз, т.

е. на 3 дБ по сравнению с его низкочастотным значением. При включении транзистора по схеме ОБ зту частоту обозначают Х6216 нли инопга Х„. В зависимости от значения этой частоты различают низкочастотные (Х,а1 ~ ~3 МГц), среднечасготные (3 МГп < Хьпь < <30 МГц), высокочастотные (30 МГц<Хы1 <300 МГц) и СВЧ(Х6216 > 300 МГц)-транзисторы. В схеме ОЭ предельную частоту передачи тока базы обозначают символом Х„„илн Хе. Следует заметить, что частотные свойства транзистора в схеме ОЭ хуже, чем в схеме ОБ, так как частота Х„п, примерно в йг„раз виже частоты Х1216' Граничной частопюй коэффициента передачи тока базы в схеме ОЭ называют такую частоту Х1э (илн Хт), па которой модуль коэффициента передачи тока базы равен единице.

Иа любой частоте в диапазоне 0,1Х, < Х < Х,„модуль коэффициента передачи тока изменяетсв со скоростью б дБ/октава, т.е. вдвое при изменении частоты в два раза. Для транзистора справелливы следующие соотношения: 162ы Х6216А12 Х6216 1 2Х26 Максимальной частотой генерации Х„называют наибольшую частоту, при которой траьпистор способен работать в схеме автогенератора при оптимальной обратной связи. Булучи выраженной в мегагерцах, приблих~енпо частота у,„ж 200)/~р/т„.. Здесь )' (МГл) — граничная частота, т„(пс)— постоянная времени цепи обратной связи, характеризующая частотные и усилительные свойства транзистора, определяющая устойчивость усилительного каскада к самовозбуждению. Важным параметром служит сопротивление базы транзистора гв, представляющее собой распределенное омическое сопротивление базовой области.

Это сопротивление необходимо знать при определении входного сопротивления каскада. Сопротивление ге находят путем измерения постоянной времени цепи обратной связи т„, поскольку т„=гвС„, где ф— емкость коллекторного перехода. При работе биполярного транзистора в качестве переключательного элемента (рис 2.8,а) необходимо, чтобы в проводящем состоянии сопротивление участка коллектор — эмитгер было минимальным, а в непроводяшем — максимальным. Когда транзистор выключен, т. е. эмиттерный переход смещен в обратном направлении, рабочая точка будет соответствовать точке А, которая находится на линии нагрузки, отвечающей сопротивлению резистора нагрузки Л„(рис.

2.8,б). Этот режим работы транзистора соответствует режиму отсечки. При увеличении тока базы рабочав точка перемещается по линии нагрузки в сторону к большим значениям коллекгорного тока. При достижении базовым током значения !и (точка В) коллекторный ток становится максимально болыпим, коллекгорный переход открывается и транзистор переходит в режим насыщения. Этому моменту соответствует остаточное напряжение между коллектором и эмнттером Укэ Дальнейшее увеличение тока базы не вьпываег роста тока коллектора, так как этот ток ограничивается сопротивльчием х -ЕЕ+ а) г -кФка резистора нагрузки К„. Следовательно, Укви Укваи )Е ~Укэаст)Фв ЕУ)1н и Уа Ук,.УВ.

Две указанные рабочие точки характеризуют оба крайние состоянця транзисторного ключа. ПРИМЕРЫ И ЗАДАЧИ 1. Изобразить схемы включения транзистора ОБ дкя © транзисторов типов р-л-р н и-р-а. Показать полярности питающих напряжений лля случаев работы транзистора: а) в активном режиме; б) в режиме отсечки; в) в режиме насьпцення; г) лрн инверсном включении. Иа обеих схемах показать направления токов эмвттера 1э, коллектора 1», базы 1в для всех рассмотренных случаев.

Решение Схемы вглючения транзистора с общей базой, полярности питающих напряжений и направления токов для различных слу ев работы транзистора показаны на рис 29,а — ж ф~ Транзистор типа р-а-р включен по схеме ОЭ (рис 2.2,б). В каком режиме работает транзистор, если: а) напряжение база — змиттер 1Увэ= -0,4 В и напряжение коллектор-змвттер 1Укэ — — -0,3 В б) напряжение 1Уьэ —— -04 В в напряжение 1Укэ= — 10 В; в) напряжение 1Укз — — 0,4 В и напряжени Пкэ= = — 10 ВЗ Решение а) Транзистор работает в режиме насыщения, так как на эмиттерном переходе прямое напряжение ( — 0,4 В) и на коллекторном переходе также прямое напряжение (0,1 В).

б) Транзистор работает в активном релшме, поскольку на эмитгерном переходе прямое напряжение (-0,4 В), а на коллекторном обратное напряжение (-9,6 В). в) На обоих переходах обратные напряжения (на эмиттерном — 0,4 В, на коллекторном — 10,4 В); следовательно, транзистор работает в режиме отсечки. ~~Транзистор типа л-р-и включен по схеме ОБ. Напряжение эьпптер — база 1Гэв = — 0,5 В, напряжение коллектор — база Укк = 12 В. Определить ггапряжение коллектор — эмитгер.

Решение и +и +и =0. откуда 11кэ= 12+05=12*5 В. 2.4. Транзистор типа р-л-р включен по схеме ОЭ. Направлние база — эмитгер Увэ = — 0,8 В, напряжение коллектор— эмигтер Укэ= — 10 В. Определить напряжение коллектор— база. Решение Здесь (гэв+ (Гак+ 6'кэ = 0; следовательно, Пкв = — 10+ 0,8 = — 9,2 В. 2.5.

В транзисторе н-р-л избыточная концентрация электронов на эмиттерном переходе равна 10зе м з. Площади переходов П = 1 ° 10 е мз одинаковы. Построить график примерного распределения концентрации электронов в области базы и определить ток коллектора, если эффективная ширина базы равна 4 10 з м и при Т= 300 К подвижносп электронов р„= =0,39 м*/(В с). Решение Прецлоложюх, что ширина базы много меныпе диффузионной длины электронов (неосновных носителей), концентрация акцепторных примесей в базе значительно ниже концентрации донорных примесей в эмиттере и коллекторе, в базовой области отсутствует рекомбинация носителей (распределение элек- тронов в базе линейное), а концентрация неосновных носителей на коллекторном переходе равна нулю.