М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 24
Текст из файла (страница 24)
(6.8) » Соотношение (6.8) показывает, что мы можем предсказать коллекторный ток (,, который является следствием входного нанрязкения т„, приложенного между базой и эмиттером. Это выражение можно упростить еще больше, вводя понятие крутизны 8„так же, как мы делали это для полевого транзистора в главе 2: 1, = 8 г» .Тогда Я» Чье Подставляя (, из (6.8), получаем К» еьи Но ранее мы имели: еьь = Ляг, (пренебрегая натной температуре 1 1, 8„» — = — сименсов = 40 1е мА / В г, 25 (6,9а) (6.96) г,). Следовательно, при ком- (1. — в миллиамперах)(6.10) К» 401с мА/В, (6. 11) 6.4 Выходные характеристики До сих пор мы описывали поведение биполярного транзистора с точки зрения коэффициента усиления тока й и крутизны я„.
Однако, мы не рассматривали пока влияние изменений коллекторного напряжения и фактически так как 1 1, где 1 — постоянный ток коллектора в миллиамперах. Таким образом, мы имеем параметр транзистора, который не изменяется от одного транзистора к другому, а зависит только от тока коллектора. Введя понятие крутизны для биполярного транзистора, мы значительно продвинулись на пути к определению ожидаемого напряжения выходного сигнала при заданном ею нале на входе усилителя. Однако, сначала мы должны установить, что происходит в транзисторе при возникновении сигнала на выходе.
132 Характеристики полупроводниковых приборов предполагали, что ток коллектора по существу не зависит от таких изменений. В какой степени это справедливо? При наличии сигнала на выходе усилителя коллекторное напряжение будет колебаться вверх и вниз: если сам этот факт вызывает изменения тока коллектора, то их необходимо учитывать при вычислениях.
Аналогично можно рассмотреть, сильно ли меняется ток стока в полевом транзисторе при изменении напряжения на стоке, когда все другие условия остаются неизменными. Выходные характеристики транзистора (коллекторные характеристики для биполярного транзистора и стоковые характеристики для полевого транзистора) дают необходимую информацию о его поведении и, в то же время, позволяют получить полную картину сигналов в усилителе напряжения. о.5 Коллекториые характеристики 6.5.1 Способ измерения и результаты С цомошью измерительной схемы, приведенной на рис.
6.4, можно построить выходные характеристики транзистора в схеме с обшим эмиттером. Резистором ЯР; устанавливается фиксированный ток базы 1, который измеряется микроамперметром Мг Потенциометр Яе; используется для задания ряда значений напряжения коллектор-эмиттер И измеряемых вольтметром М,.
Результируюший ток коллектора 1 измеряется миллиамперметром Мг Вид результируюшей зависимости коллекторного тока от напряжения на коллекторе показан на рис. 6.5(а). Здесь легко видеть, что с увеличением напряжения коллектор-эмиттер от нуля вначале происходит резкое нарастание коллекторного тока, — увеличивается эффективность коллектора,— Рис. 6.4.
Измерительная схема лля построения коллекторнык характеристик биполярного транзистора. Коллекторные характеристики 133 до тех пор, пока )г не достигнет 0,6 В, после чего кривая становится горизонтальной. дальнейшее увеличение )г незначительно влияет на ток коллектора. Интересно отметить, что крутой изгиб кривой наблюдается при напряжении коллектор-база вблизи нуля, указывая на то, что эффективность коллектора оказывается почти максимальной, как только на переходе коллектор-база возникает хотя бы небольшое обратное смещение. (43 г (мА3 2 3 4 5 0 "гг ("""и> (и (маг 40 (0 20 30 (еолътмг Рис. 6.5.
Типичные коллекторные характеристики маломошного транзистора. (о) Одиночная характеристика для тока базы 1О мкА. Равенство коллекторного тока величине 2 мА указывает на то, что Ь = 200. (0) Семейство характеристик с наложенной гиперболой максимахьйой мощности.
134 Характеристики полупроводниковых приборов Нанося кривые для различных значений базового тока, можно получить семейство выходных характеристик транзистора. На рис. 6.5(Ь) показаны полученные таким образом кривые„гле, по существу, ясно видно постоянство коллекторного тока при изменении коллекторного напряжения в широких пределах. Незначительный подъем характеристик вызван небольшим увеличением коэффициента усиления тока при повышении коллекторного напряжения.
Это имеет место вследствие расширения обедненного слоя коллектор-база, делающего область базы фактически более узкой, что приводит к рекомбинации меньшего числа носителей. Наклон кривых более заметен при больших токах коллектора: хотя относительное увеличение Ь с увеличением коллекторного напряжения одинаково при всех значениях коллекторного тока, абсолютное увеличение коллекторного тока больше, когда большее значение имеет начальный ток коллектора.
Хотя в большинстве случаев транзистор можно рассматривать как почти идеальный источник тока, иногда при точных вычислениях учитывается наклон выходных характеристик, который обычно характеризуется выходной проводимостью в схеме с общим эмиттером и обозначается Ь 07г (6.12) д есе В простом устройстве для заряда никель-кадмиевых аккумуляторов (рис. 6.6) используется горизонтальный участок выходной характеристики транзистора. Основу данной конструкции составляет рассмотренный в разделе 1.6.6 стабилизированный усилитель с транзистором, включенным по схеме с общим эмиттером.
Ток в нагрузке, роль которой, по предположению, играет заряжаемый аккумулятор, может быть установлен между нулем и 1 А путем задания потенциометром напряжения на базе. По мере заряда аккуыулятора, напряжение на его выводах поднимается, но транзистор сохраняет ток постоянным. Добавление таймера для отключения нагрузки спустя расчетное время заряда, позволяет произвести заряд быстро (за час) без вреда для аккумулятора. Вернемся к характеристикам транзистора на рис. 6,5(Ь). Пунктирная кривая, известная как гипербола максимальной мощности, важна потому, что является траекторией точек номинальной максимальной мощности транзистора. Эта кривая описывается простым уравнением гиперболы: В' = (гсг!с .
На рис. 6.5 изображена гипербола, соответствующая номинальной максимальной мощности Р „транзистора ВС107, равной 300 мВт, Никогда произведение )г на 7 не должно превышать Р,„; другими словами, характеристики справа от гиперболы являются в некотором смысле гипотетическими, поскольку транзистор не должен работать в этой области. Такие графики обычно получают в импульсном режиме работы транзистора, так что Р превышается в течение времени, которого не достаточно, чтобы транзистор мог выйти из строя.
Гипербола максимальной мощности особенно важна при расчете усилителя мощности. Важен небольшой изгиб характеристик вверх по мере приближения к (г 30 В, поскольку он указывает на тенденцию к лавинному пробою в смещенном в обратном направлении р-и переходе коллектор-база; напряжением пробоя определяется максимально лопустимое напряжение коллектор-эмиттер. Каллекторные характеристики 135 +мв (нсфнаьтремним еапражсниеЗ стааюипрон з,зв вв Рис.
6.6. Схема зарядного усзройства для никель-кадмиевых аккумуляторов, в которой используется постоянство коллекторного тока транзистора. Максимальный ток 1А. 6.52 Линия нагрузки и насыщение На рис. 6.7(а) показано семейство коллекторных характеристик в интервале таких значений напряжений и токов, которые характерны ддя рассмотренных в главе 1 каскадов усилителей с включением транзистора по схеме с общим эмиттером.
Выходная цепь такой схемы изображена на рис. 6.7(Ь). На характеристиках проведена прямая линия Хг'. Это — линия нагрузки для 9-вольтового источника питания ( 1' ) и коллекторной нагрузки Я, = 4,5 кОм, представляющая траекторию, в соответствии с которой должны изменяться коллекторное напряжение и ток при данном резисторе нагрузки и напряжении питания 1' Уравнение линии нагрузки — это просто выражение связи между разностью потенциалов на Я, и током коллектоРа: 1'сг — — Р -Яс!с.) в РезУльтате преобразования имеем: гсс 7с = '~ сг + (6.
13) Яс Ас Уравнение (6.13) описывает прямую с отрицательным градиентом, равным 1/Аи пересекающую ось токов в точке ~' /Я . Линию нагрузки совсем легко провести через точки Хи У, которые соответствуют максимальному напряжению на коллекторе и максимальному коллекторному току. В точке Х наступает отсечка, когда ток коллектора становится равным нулю и поэтому нет падения напряжения на резисторе коллекюрной нагрузки, а к коллектору приложено все напряжение питания к (9 В).
Другая точка линии нагрузки У выражает собой пвютетнческое состояние транзистора с нулевым напряжением на коллекторе, когда напряжение питания полностью падаег на коллекторной нагрузке. В этом состоянии 136 Характеристики полулроводниковых приборов ггк ыкА ыкА ыкА ыкА лякА вв 2 4 ь в к 30 У Гкокьтыг Рис. 6.7. (а) Семейство коллекториых характеристик маломошиого траизисто- Г с линией нагрузки (Х)), соответствуюшей И = 9 В и Я = 4,5 кОм. (Ь) ыхолиая иепь схемы с обшим змитгером (с. —— — —— )сс' 9В = 2 мА.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
