L_4 (1075840)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

1Лекция № 4.(Продолжение темы лекции № 3)БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ В СТАТИЧЕСКОМ РЕЖИМЕПлан1. Введение.2. Физическая и математическая модель биполярного транзистора (модель Эберс-Молла).3. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов в схемевключения с ОБ.4. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов в схемевключения с ОЭ.5. Статические параметры транзистора по переменному току.6.

Силовые мощные полупроводниковые приборы.7. Теоретическое обобщение по теме.1. ВведениеВ справочной литературе для биполярных транзисторов обращает на себя внимание тот факт, что один и тот же транзистор в разных схемах включения имеет разные характеристики и разные параметры. Следовательно, вданном курсе обязательно предусмотрен процесс исследования биполярныхтранзисторов в статическом режиме, то есть в режиме без нагрузки. При исследовании выявляются собственные «возможности» транзистора, в соответствии с которыми в дальнейшем его можно рассматривать применительно крабочему режиму.

Поэтому, после теоретической части, студент в лабораторных условиях займётся исследованием транзистора в статическом режимеи определением статических параметров по ВАХ, полученным в результатеэксперимента.2. Физическая и математическая модели биполярного транзистораПрежде чем перейти непосредственно к моделям, сделаем некоторыеуточнения по поводу возможных режимов транзистора2Транзистор работает как в режиме малого сигнала, так и в режимебольшого сигнала.Модели для режим малого сигнала содержат только линейные элементыи моделируют характеристики вблизи рабочей точки, то есть такие моделислужат для анализа переменных составляющих токов и напряжений, имеющих малую величину.Модели для режим большого сигнала учитывают нелинейность характеристик транзистора.Как и для диода, математическая модель транзистора ─ это совокупность эквивалентной схемы и математических выражений, которые описывают элементы электронной схемы.Выше было отмечены, что модели могут быть простейшими и обрабатыватьих можно вручную.Для более сложных цепей используется компьютерное моделирование.В 1954 г.

учёные Эберс и Молл предложили первую удобную для анализа статических характеристик модель транзистора (рис.4.1), которая позволила моделировать все режимы работы биполярного транзистора.ЭαiI2αnI1ЭПКПКI2I1БРис.4.1. Физическая модель Эберса –Молла с двумя источниками тока3В модели Эберса –Молла два генератора тока, которые управляются токами транзистора.В предложенной модели:I 1 и I 2 ─ токи инжекции из эмиттера и коллектора соответственно;α n I 1 и α i I 2 ─ токи экстракции (генераторы тока в цепи коллектора иэмиттера соответственно; именно эти источники тока отражают взаимодействие p-n-переходов транзистора).В модели оба перехода работают и в режиме инжекции, и в режиме экстракции. Режим двойной инжекции как бы подчёркивает, что переходы втранзисторе равноправны.С помощью математических выражений опишем все элементы модели:I1 = I э0 (еuэбϕt−1); ,I 2 = I к 0 (еuкбϕt−1),где токи I э0 и I к0 ─ это тепловые токи (токи насыщения).

Эти токи значительно меньше обратных токов в транзисторе. При схемотехническом моделировании этот факт необходимо учитывать.В соответствии с первым законом Кирхгофа:Общий ток через эмиттерный переход равенI = I1 − α i I 2;э(4.1)Общий ток через коллекторный переход равенI = α n I1 − I 2.к(4.2)= I э− I к.(4.3)Ток базы равенIбРазвернём выражения (3.1; 3.2.; 3.3) более подробно:I = I э0 (е u эб ϕ t − 1) − α I к 0 (е u кб ϕ t − 1)iэ(4.4)I = α n I э0 (е u эб ϕ t − 1) − I к 0 (е u кб ϕ t − 1)к(4.5)Iб= (1 − αNu ϕu ϕ) I эо (e э t − 1) + (1 − α i ) I ко (е k t − 1).(4.6)Уравнения (4.4); (4.5); (4.6) и есть математическая модель ЭберсаМолла4Уравнения (4.4) и (4.5.) дают возможность использовать математическую модель транзистора с одним источником тока.

Модель при этом усложняется и ручной анализ провести будет затруднительно, поэтому для анализа таких моделей необходимо использовать компьютерное моделирование(пакеты программ Micro-Cap, PSPISE и др.).В заключение темы по модели транзистора надо отметить, что модельЭберс-Молла в таком виде учитывает не все процессы, протекающие в транзисторе. Например, чтобы отразить в модели динамические процессы, необходимо ввести такие элементы как конденсаторы, которые отражают фактвлияния на ток коллектора переменной составляющей напряжения междуколлектором и эмиттером.

Модель при этом ещё более усложняется.3. Вольтамперные характеристики биполярных транзисторов n-p-nтипа в схеме включения транзистора с ОБ.На рис.4.2а, б представлены семейства входных и выходных ВАХ (соответственно) биполярного транзистора, включенного по схеме с ОБ. При исследовании зависимости входного тока от входного напряжения, для чистотыэксперимента, каждая входная ВАХ исследуется при постоянстве выходногоколлекторного напряжения.Нетрудно оправдать такой ход входной ВАХ транзистора: входная цепьтранзистора ─ это прямосмещённый эмиттерный переход, а зависимостьпрямого тока идеального p-n-перехода от прямого напряжения описываетсяuклассическим уравнениемaϕI пр = I 0 (е t − 1).Применительно к входной цепи транзистора зависимость входного токаuот входного напряжения выглядит аналогичноI э = I э0 (еэбϕt − 1).5мА IэUкб3= 4ВРк.допUкб2= 2ВIкUкб1= 02обл1обл- UэбL–UкбEа).MF3облIЭ4= 6,0 мАIЭ3= 4,0 мАIЭ2= 2,0 мАIЭ1= 0 UкбKб).Рис.4.2.

Статические ВАХ транзистора в схеме с ОБ: а ─ семейство входныхВАХ, б ─ семейство выходных ВАХСемейство трёх входных ВАХ, снятое при постоянных напряжениях наколлекторе (рис.4.2а), представляет собой узкий пучок характеристик, чтоговорит о том, что влияние выходного коллекторного напряжения на режимвходной цепи очень слабое (незначительная внутренняя обратная связь).Тем не менее, эта зависимость есть, и объяснить ее можно с помощью эффекта Эрли.Влияние эффекта Эрли на ход входных ВАХ заключается в следующем.Изменение коллекторного напряжения приводит к изменению ширины базы.Поскольку ток эмиттера, а значит, и градиент концентрации носителей заданы, изменение ширины базы приводит к изменению граничной концентрацииносителей, а это связано с изменением напряжения на эмиттерном переходе.Из-за слабого влияния выходного напряжения на режим входной цепи всправочной литературе приводится одна, максимум две входных ВАХ, причём, для расчётов можно использовать только ту, которая снята при напряжении на коллекторе, отличном от нуля.

Именно её принимают за рабочую иведут по ней расчёты.При исследовании зависимости коллекторного тока от коллекторногонапряжения (рис.4.2б), для чистоты эксперимента необходимо устранитьвлияние входного тока на коллекторный ток, то есть, каждая из характеристик в семействе выходных ВАХ исследуется при строгом постоянстве входного тока базы.6На выходных ВАХ транзистора видны два различных режима работытранзистора − активный (первый квадрант) и режим двойной инжекции(второй квадрант).Нормальный активный режим (при U кб > 0): эмиттерный переход находится под прямым напряжением, а коллекторный − под обратным.

Ток в цепиколлектораI = α n I э + I кбо .кНаклон выходных коллекторных характеристик показывает слабую зависимость коллекторного тока от коллекторного напряжения. Воспользуемсяявлением эффекта Эрли, чтобы объяснить эту, всё-таки существующую, зависимость.Влияние эффекта Эрли на наклон выходных коллекторных характеристик объясняется влиянием коллекторного напряжения на ширину запрещенной зоны, а, потому, и на сопротивление коллекторного перехода, и, таким образом, на коллекторный ток. Следовательно, дифференциальное сопротивление коллекторного перехода обусловлено эффектом Эрли, поэтомуполное выражение для коллекторного тока с учетом эффекта Эрли будетI = α I э + I кбо + ∆U кб rк .кКогда коллекторный переход находится в обратносмещённом состоянии, поле перехода будет ускоряющим для носителей, впрыснутых в базу изэмиттера, поэтому, даже при U кб = 0 ток коллектора почти сразу достигаетсвоего максимального значения.

Выходные ВАХ транзистора в схеме с ОБаналогичны ВАХ диода, находящегося под обратным напряжением.Учитывая очень слабую зависимость коллекторного тока от коллекторного напряжения в активном режиме, можем рассматривать транзистор вэтом режиме как источник тока, управляемый током базы.В режим двойной инжекции или насыщения (при U кб < 0 на рис.3.2б)эмиттерный и коллекторный переходы находятся под прямым напряжением.Для режима двойной инжекции характерен спад коллекторного тока при неизменном токе эмиттера. Это − результат встречной инжекции со стороныколлектора.7Например, если возникнет необходимость регулировки коллекторноготока от максимального значения до нуля, сохранив при этом ток эмиттеранеизменным, то достаточно сменить полярность напряжения на коллекторе(см.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов лекций