14-04-2020-ЭЛЕКТРОНИКА-1.1-ГЛАЗАЧЕВ (1171923), страница 14

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

Текст из файла (страница 14)

3.4. Движение носителей заряда и токи в биполярном транзисторепри активном режиме работыного перехода I кбо , но им ввиду егомалости можно пренебречь. Если жево входной цепи транзистора создать под действием источника E1 какой-то ток I э , то дырки, являющиеся основными носителями в р-области эмиттера будут инжектироваться в область базы, где онистановятся уже неосновными носителями. Те из них, которые попадают в зону действия электрическогополя коллекторного перехода, будут испытывать со стороны этого поля ускоряющее, притягивающеедействие и будут переброшены через границу раздела в область коллектора (область р-типа), где дыркиуже являются основными носителями.

Таким образом, в цепи источника питания появится ток – токколлектора I к , который, протекая по сопротивлению нагрузки Rн , создает там падение напряжения:I э p ЭПWnКП I э p(3.1)U  I к Rн ,которое является выходным сигналом усилителя и в точности повторяет все изменения входного сигнала.Отметим, что не все носители, инжектированные из эмиттера в базу, достигают коллекторногоперехода; часть из них рекомбинирует в базе по пути движения от эмиттерного перехода к коллекторному – ток I б рек . Поэтому ток коллектора I к принципиально меньше тока эмиттера I э .Отношение этих токов характеризует коэффициент передачи по току:I к .(3.2)IэЧтобы увеличить коэффициент передачи по току область базы делают тонкой, чтобы меньшееколичество носителей рекомбинировало в ней, и, кроме того, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода, чтобы улучшить процесс экстракции носителей из базы.Таким образом, удается достичь величины коэффициента передачи по току   0,95  0,99 и более.Несмотря на то, что в рассмотренной схеме усиления по току нет (   1 ), все же коэффициент передачи по мощности может быть значительно больше единицы за счет большого усиления по напряжению.

Ведь даже при малой величине коллекторного тока I к падение напряжения на сопротивлениинагрузки I к Rк может быть значительным, за счет большой величины напряжения источника питания.Отметим, что в транзисторах n–p–n-типа все описанные процессы протекают точно так же, но полярность источников E1 и E2 должна быть противоположной, а из эмиттера в базу будут инжектироваться электроны, и электроны же будут образовывать коллекторный ток в цепи источника E2 .Следует отметить, что в процессе усиления электрического сигнала в транзисторе происходитизменение ширины базового слоя W , так как под действием внешних источников E1 и E2 толщинаp–n-переходов изменяется, что в условиях малой ширины базового слоя происходит ее модуляция(данное явление получило название эффект Эрли).

Это приводит к ряду особенностей:1. Чем уже становится база, тем меньшее количество инжектированных носителей будет рекомбинировать в ней и, следовательно, большее количество их достигнет коллекторного перехода и48А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийбудет участвовать в образовании тока коллектора I к . Это приведет к изменению коэффициента передачи по току  .2.

Изменение тока I к при I э const приводит к зависимости I к от E2 , т.е. к изменению сопротивления коллекторного перехода.3. Поскольку при этом меняется заряд носителей в базе, то это приводит к изменению ёмкости p–n-перехода.4. Изменение ширины базового слоя приводит к изменению времени прохождения зарядамибазовой области, т.е. к изменению частотных свойств транзистора.5. Изменение ширины базы влияет на величину тока I э при неизменном значении E1 .Как крайнюю степень проявления модуляции ширины базы следует рассматривать явление,называемое проколом базы. Прокол базы наступает тогда, когда под действием большого значенияЭДС источника питания E2 ширина коллекторного перехода возрастает настолько, что происходитего смыкание с эмиттерным переходом, что весьма вероятно в условиях малой толщины базовойобласти.

При этом   1 , а транзистор пробивается.Основные параметры биполярных транзисторов:1. Коэффициенты передачи эмиттерного и базового тока:dIdIh21э  к; h21б  к.UconstdI б кэdI б U кб  const2. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода (единицы – десятки Ом)dU эбrэ диф .dI б U кэ  const3. Обратный ток коллекторного перехода при заданном обратном напряжении (единицынаноампер – десятки миллиампер)I кбо  I к;Iэ  0U кб  0 .4.

Объемное сопротивление базы rб (десятки – сотни Ом).5. Выходная проводимость h22 или дифференциальное сопротивление коллекторного перехода (доли – сотни мкСм)dU кбdU кб11rк диф ; rк диф .h22эdI к I б  consth22бdI к I Э  const6. Максимально допустимый ток коллектора I к max (сотни миллиампер – десятки ампер).7. Напряжение насыщения коллектор – эмиттер U кэ нас (десятые доли – один вольт).8. Наибольшая мощность рассеяния коллектором Pк max (милливатт – десятки ватт).9. Ёмкость коллекторного перехода Cк (единицы – десятки пикофарад).Выводы:1. При прямом напряжении, приложенном к эмиттерному переходу, потенциальный барьерпонижается, и в базу инжектируются носители заряда.2.

Инжектированные в базу неосновные носители заряда диффундируют в сторону коллекторного перехода.3. Вследствие того, что ширина базы транзистора мала и концентрация основных носителейзаряда в ней низкая, почти все инжектированные в базу неосновные носители заряда достигают коллекторного перехода и перебрасываются полем потенциального барьера в коллектор, образуяуправляемый ток коллектора.4. Небольшая часть инжектированных носителей заряда успевает рекомбинировать в базе,образуя рекомбинированную составляющую тока эмиттера, которая замыкается через цепь базы.5.

Через цепь базы замыкается также небольшая составляющая тока эмиттера, образованнаядиффузией неосновных носителей заряда из базы в эмиттер, и обратный ток коллекторного перехода.49А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекций3.3. Схемы включения транзистораКак было рассмотрено на примере, для усиления электрического сигнала в цепь транзисторанеобходимо включить два источника – входного сигнала E1 и питания E2 .

Поскольку транзистор имеет три вывода (эмиттер, база, коллектор), а два источника питания имеют четыре вывода, то обязательно один из выводов транзистора будет общим для обоих источников, т.е. одновременно будетпринадлежать и входной цепи и выходной. По этому признаку различают три возможных схемы включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.3.3.1.

Схема с общей базойРассмотренный выше пример построения усилителя электрических сигналов с помощью транзистора является схемой включения с общей базой. На рис. 3.5 приведена электрическая принципиальная схема включения транзистора с общей базой.Основные параметры, характеризующие эту схему включения, получим следующим образом:I э VT I к1. Коэффициент усиления по току:Ik I б    к  0,95  0,99 .(3.3)IэRнUвыхE1 Индекс «б» в (3.3) указывает на отношение этого параIб E2 метра к схеме с общей базой.2. Входное сопротивление:ERвх б  1 .(3.4)IэРис. 3.5. Включение транзисторапо схеме с общей базойИз (3.4) следует, что входное сопротивление транзистора, включенного в схему с общей базой, очень невелико и определяется, в основном, сопротивлениемэмиттерного p–n-перехода в прямом направлении. На практике оно составляет единицы – десятки Ом.Это следует отнести к недостаткам усилительного каскада, так как приводит к нагружению источникавходного сигнала.3.

Коэффициент усиления по напряжению:UI RI RRkU б  вых  к н  к н   н .(3.5)U вхE1I э Rвх бRвх бКоэффициент усиления по напряжению может быть достаточно большим (десятки – сотни единиц), так как определяется, в основном, соотношением между сопротивлением нагрузки R н и входным сопротивлением.4. Коэффициент усиления по мощности:Rk P б  K I б KU б   2 н .(3.6)Rвх бДля реальных схем коэффициент усиления по мощности равняется десяткам – сотням единиц.3.3.2.

Схема с общим эмиттеромВ этой схеме (рис. 3.6) по-прежнему источник входного сигнала E1 включен в прямом направлении по отношению к эмиттерному переходу, а источник питания E2 включен в обратном направлениипо отношению к коллекторному переходу и в прямом по отношению к эмиттерному. Под действиемисточника входного сигнала E1 в базовой цепи протекает ток I б ; происходит инжекция носителей изэмиттерной области в базовую; часть из них под действием поля коллекторного перехода перебрасывается в коллекторную область, образуя, таким образом, ток в цепи коллектора I к , который протекаетпод действием источника питания E2 через эмиттер и базу.

Поэтому: I э  I б  I к . (3.7).Входным током является ток базы I б , а выходным – ток коллектора I к . Выходным напряжениемявляется падение напряжения на сопротивлении нагрузки Rн .50А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Электроника 1.1. Конспект лекцийОсновные параметры, характеризующие эту схему включения, определим из выражений:Iк1. Коэффициент усиления по току:RнU выхIкIкkI э   ,(3.8)IбIб Iэ  IкVT E2 поделив в этом выражении числитель и знаменатель дроби на токE1эмиттера I э , получим:IэIкIэ.(3.9)Iэ  Iк 1  IэРис.

Характеристики

Список файлов учебной работы