L_4 (Конспекты лекций), страница 2

ВАХ во втором квадранте рис.4.2б).Выводы по схеме с ОБ.1. Выходные ВАХ транзистора идут тем выше, чем больше ток эмиттера, что подтверждает правильность ранее сделанного вывода ─ схема с ОБ ─это схема с эмиттерным управлением.4. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов n-p-nтипа в схеме включения транзистора с ОЭ.Как и в схеме с ОБ нас будут интересовать зависимости входного токаот входного напряжения и выходного тока от выходного напряжения(рис.4.3а, б)IбUкэ1 = 0Рк.допUкэ2 > 0Iк1облUкэ3 > Uкэ2Iб4= 0,9 мА 3облIб3= 0,6 мАIб2= 0,3 мАB2облUбэCAIб1= 0Uкэа).б).Рис.4.3.Статические ВАХ транзистора в схеме с ОЭ: а ─ семейство входных ВАХпри постоянном напряжении на коллекторе, б ─ семейство выходных ВАХ при постоянном токе базыВходные характеристики имеют тот же характер, что и в схеме с ОБ, нов схеме с ОБ входные ВАХ сместились влево от характеристики, снятой принулевом напряжении на коллекторе, а в схеме с ОЭ они сместились вправо.Дело в том, что схема с ОЭ работает в режиме заданного тока базы, и приувеличении коллекторного напряжения увеличивается ширина запрещённой8зоны коллекторного перехода.

В результате база становится тоньше, её сопротивление увеличивается, что приводит к уменьшению базового тока.Выводы по схеме с ОЭ.1. Эффект Эрли в схеме с ОЭ выражен более ярко, чем в схеме с ОБ,следовательно, сопротивление коллекторного перехода в этой схеме меньше,чем в схеме с ОБ. Поэтому, напряжение пробоя коллекторного перехода всхеме с ОБ будет больше, чем в схеме с ОЭ.2. При повышении базового тока выходные характеристики смещаютсявверх, следовательно, ток коллектора следует за всеми изменениями тока база. Таким образом, схема с ОЭ ─ это схема с базовым управлением.5.

Статические параметры транзистора по переменному токуВсе параметры транзистора по переменной оставляющей тока можновыделить в две группы.1-я группа − первичные (r э , r б , r к , α); нельзя путать первичные параметры по переменной составляющей тока (r э , r б , r к ) с параметрами по постоянной составляющей тока (r эо , r бо , r ко ), так как первые из них учитывают еще инелинейные свойства транзистора. Определить их можно из Т-образных схемзамещения транзистора по переменному току.2-я группа − вторичные (формальные).Во вторую группу входят четыре системы параметров:1) система H(h)-параметров (смешанные или гибридные параметры);2) система Y(q)-параметров (параметры проводимости);3) система Z (r)-параметров (параметры сопротивлений);4) система S (s)-параметров (параметры СВЧ-диапазона).Система h-параметров (смешанные или гибридные параметры)Система h-параметров − это система низкочастотных малосигнальныхпараметров.

Для анализа этой системы параметров транзистор рекомендуетсяпредставлять в виде активного четырехполюсника (рис.4.4).Чтобы исключить взаимное влияние цепей активного четырехполюсника друг на друга, h-параметры измеряются в двух режимах:9а) режим холостого хода (Х.Х.) со стороны входа (на входе включаетсябольшая индуктивность);б) режим короткого замыкания (К.З.) со стороны выхода (на выходевключается конденсатор большой ёмкости), при этом путь тока по постоянной составляющей сохраняется, а по переменной получается режим короткого замыкания.I1I2U1U2Рис.

4.4. Транзистор в виде активного четырехполюсникаФизическая сущность h − параметров:1. h 11 − сопротивление транзистора на входных зажимах по переменнойсоставляющей тока, Ом, определяется в режиме К.З. со стороны выхода;h11=∆U 1(при U 2 = const);∆ I1(4.7)2. h 22 − проводимость транзистора на выходных зажимах транзистора,Сим (определяется в режиме Х.Х. со стороны входа)h22= ∆ I 2 ∆ U 2 (при I 1 = const).(4.8)На практике удобнее пользоваться выражением 1/h 22 ;3. h 21 − статический коэффициент передачи тока со входа на выход, определяется в режиме К.З. со стороны выхода(h 21об ≈ α; h 21оэ ≈ β);h21= ∆ I 2 ∆ I 1 (при U 2 = const);(4.9)4.

h 12 − коэффициент внутренней обратной связи, показывает, какая частьвыходного напряжения через элемент внутренней связи попадает на вход (определяется в режиме Х.Х. со стороны входа и обычно h 12 ≈10–3 − 104):10h12= ∆U 1 ∆U 2(приI1=const).(4.10)Система h-параметров называется смешанной, или гибридной, потомучто параметры имеют разные размерности.Схема замещения транзистора в системе h-параметров представленана рис.4.5.h11U1h12U2h21Ih22U21Рис. 4.5.Схема замещения транзистора через систему h-параметровВ схеме замещения отражены:а).

активные свойства транзистора (с помощью генератора тока h 21 I 1 );б). внутренняя обратная связь по напряжению в транзисторе (с помощьюгенератора напряжения на входе h 12 U 2 );в). наличие входного сопротивления и выходной проводимости транзистора (h 11 и h 22 соответственно).Определение h-параметров по ВАХ транзистораРекомендации по использованию статических ВАХ транзистора приопределении статических параметров транзистораПрежде, чем вести расчёт статических параметров по выходным ВАХ(при любой схеме включения), необходимо определить рабочую область наВАХ.Как и в диоде, рабочая область на выходных ВАХ транзистора ограничивается характеристикой допустимой рассеиваемой мощности (гиперболойрассеивания).

Для транзистора ─ это мощность, рассеиваемая на коллекторном переходе, которая не должна превышать допустимую для транзистора(указанную в справочнике) ─ Р кп = U к I к ≤ Р к.доп .11Расчёт и построение гиперболы рассеивания выполняется точно так жекак и при работе с ВАХ диода.Примечание. При определении h-параметров по ВАХ пользуемся методом «двух точек» рис.4.6.), в соответствии с которым значение параметра,определенного вдоль отрезка (ав, cd и т.д.), справедливо для точки (РТ), взятой посредине этого отрезка.IбmмА IкIб3 = 1мАIкеfРТU кэ = 0 Uкэ=2ВUкэ=4В200IбIб2 = 0,5150IкРТc100bdan12Iб1 = 0Uкэ350IбпUкэВU0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7а)б)Рис.4.6. Статические ВАХ транзистора в схеме с ОЭ: а ─ семейство выходныхВАХ, б ─ семейство входных ВАХДля исключения возможной ошибки при определении h-параметров поВАХ необходимо строго придерживаться условий, при которых определяетсятот или иной параметр.Например, при определении статического коэффициента передачи токабазы h 21 (4.9) главным таким условием является постоянство коллекторногонапряжения.

При изменении тока базы и вызванное этим изменением перемещение рабочей точки не должно вызывать изменения напряжения на коллекторе. В противном случае на коллекторный ток будут влиять два фактора− входной ток и выходное напряжение транзистора. Поэтому параметр h 21определяется на выходных ВАХ строго вдоль отрезка «mn» при U кэ = 2 В.6. Силовые (мощные) полупроводниковые приборы.бэВ12В настоящее время силовая электроника развивается очень интенсивно.Первыми в силовой технике были мощные тиристоры (мощные тиристорные преобразователи широко применялись в области автоматическогоуправления электроприводом). В настоящее время тиристорную технику основательно потеснили мощные биполярные и полевые транзисторы.Силовые транзисторы предназначены для управления большими токамии большими напряжениями. Мы не будем уделять время для изучения принципа действия таких транзисторов, так как по своим характеристикам и параметрам они аналогичны маломощным, но при проектировании силовыхустройств и их систем управления необходимо учитывать некоторые особенности силовых электронных приборов.Материал, который используется для изготовления силовых биполярныхтранзисторов ─ кремний.

Основной схемой включения силового биполярноготранзистора принята схема с общим эмиттером: у транзистора в такой схемемалы и управляющие токи (токи базы), и управляющие напряжения (напряжения на эмиттерном переходе U бэ составляет доли вольта). Поэтому сформировать необходимый управляющий сигнал с такой схемой практически нетрудно.Рассмотрим схему составного транзистора из двух транзисторов (параДарлингтона) ─ рис.4.7КБVT1VT2ЭРис.4.7.13Статическийβобщкоэффициентпередачитакоготранзистораравен= β 1 β 2 , Следовательно, управляющий ток (ток базы) может оказаться втысячи раз меньше тока нагрузки (тока коллектора). Транзистор VT 2 рассчитан на ток нагрузки, то есть в паре Дарлингтона именно этот транзистор будем называть силовым. Для отпирания этой пары транзисторов требуется вдва раза большее напряжение, чем для обычного одного транзистора, но всёравно это напряжение невелико:U * = 2U бэ .Что касается режимов VT 1 и VT 2 , то транзистор VT 1 работает в активномрежиме, а VT 2 ─ в режиме насыщения.

Раньше было установлено, что на выходе обычного транзистора в режиме двойной инжекции устанавливаетсяуровень напряжения не более 0,05 ÷ 0,1В (в режиме насыщения). В составном транзисторе видно, что напряжение на участке коллектор-база транзистора VT 2 равняется напряжению U кэ1 транзистора VT 1 , следовательно, напряжение на коллекторе VT 2 даже в режиме насыщения остаётся положительным.

Но даже при этих условиях напряжение U кэ1 невелико и составляетединицы вольт (но не более 2 В).Устройства силовой электроники, содержащие в одном корпусе и силовые, и слаботочные элементы называются силовыми интегральными схемамиНапример, на рис.3.8. дан модуль такой ИС, в которой на одной подложке,кроме двух транзисторов, сформированы дополнительные элементы ─ R 1 , R 2 ,диод VD.14КБVT1R1VDR2VT2ЭРис. 4.8.Резисторы R 1 и R 2 повышают скорость переключения транзисторов: засчёт этих резисторов возрастает максимально допустимое напряжение междуколлектором и эмиттером. Диод VD обеспечивает протекание тока в направлении от эмиттера к коллектору в то время, когда VT 1 и VT 2 закрыты.Особенностью режимов силовых транзисторов является тяжёлый режимработы на мощностях, близких к предельным. Особенно тяжёлым являетсятемпературный режим, ─ температура кристалла ИС может достигать до2000С.