Гусев - Электроника (944138), страница 22
Текст из файла (страница 22)
тся с помощью Вз!иянис напряжения ( кв на ток 1э оценивае коэффициента обратной связи по напряжению апза )4. =— ИГ аь з =сопя (2.44) 4 Заказ зхс шьь где А = 1 — а са . Различают три основных режима работы биполярного транзистора: активный, отсечки, насыщения. В акши«ном режиме один из переходов биполярного транзистора смещен в прямом направлении приложенным к нему внешним напряжением, а другой--в обратном направлении. Соответственно в нормальном активном режиме в прямом направлении смещен эмитзерный переход, и в (2.34), (2.39) напряжение ()эг, имеет знак «+». Коллекторный переход смещен в обратном направлении, и напряжение (lкв в (2.34) имеет знак « — ».
При инверсном включении в уравнения (2.34), (2.39) следует подставлять противоположные полярности напряжений (зэв, (/кг,. При этом различия между инверсным и акгивным режимами носят ~олько количественный характер. для активного режима, когда ! (7«в~ ' сРт и 1кт=1кво. (2.37) запишем в виде 1„= ак1. + 1кго, который полностью совпадает с (2.3!). Учитывая, что обычно ах=0,9 — 0,995 и (! — ак)=0, уравнение (2.38) можно упростить: ()эв = сРт !" 1эз1эт = сРт )и Рз(! — ах аз)~,'1эво (2 42) Таким образом, в идеализированном транзисторе ток коллектора и напряжение эми.пер — база при определенном значении гока !з не зависят от напряжения, приложенного к коллекторному переходу. В действительности изменение напряжения (7кв меняет ширину базы из-за изменения размеров коллекторного перехода и соответственно изменяет градиент концентрации неосновных носителей заряда.
Так, с увеличением )(7кв! ширина базы уменыпается, градиент концентрации дырок в базе и ток 1э увеличиваются. Кроме этого, уменьшается вероятность рекомбинации дырок и увеличивается коэффициент а. Для учета этого эффекта, который наиболее сильно проявляется при работе в активном режиме, в выражение (2.42) добавляют дополнительное слагаемое 1к = ах1э+ 1кго+ (1кг! «а ппф, (2.43) 4с =(1,' 4) ~ — а,,7эГО+ (ксо1 )э=(1)А) ( — 7эво+аюТББО) Подставив в (2.45) значение Уэко найденное из (2.40), и раскрыв значение коэффициента А, получим (2.45) 1-а, ~к = ~кво— ! — ал а1 а,(1 — а,) Уэ = 1кБО ак(! акгв) Если учесть, что !хк-+ 1, а от (( ик, то выражения (2.46) сущее!.венно упростят.ся и примут вил ~к = скво.
!! ~Э ~КБО !1к (2.47) гле ()к= ----; )3,=---- . ая . ал 1 — а, 1 — а, Из (2.47) видно, что в режиме глубокой отсечки ток коллектора имеет минимальное значение. равное току единичного р-л-перехода, смещенного в обратном направлении. Ток эмиттера имее~ противоположный знак и значительно меньше тока коллектора, гак как а,<са .
Поэтому во многих случаях его считают равным нулю: Р =О. Ток базы в режиме глубокой отсечки приблизительно равен !оку коллектора: ~Б ~Э ~К ~КБО (2.48) Режим глубокой отсечки харакгеризует запертое состояние !ранзистора, в котором его сопротивление максимально. а токи чх который показывает, во сколько раз следует изменя~ь напряжение (!ББ лля получения такого же изменения тока Уэ, какое дает изменение напряжения (/эв.
Знак минус означает, что для обеспечениа ГО=сопя! пРиРаЩениЯ напРЯжений Должны иметь противоположную полярность. Коэффициент (!„, достаточно мал ()т„=10 "—:!О '), поэтому при практических расчетах влиянием коллекторного напряжения на эмиттерное часто пренебрегаюг В режиме глубокой отсечки оба перехола транзистора смещены в обратном направлении с помощью внешних напряжений. Значения их молулей должны превышать (3 —; 5)т1рг Если модули обратных напряжений приложенных к переходам транзистора окажугся меныпе (3 —:5)л!!рг, то транзистор также будет нахолиться в области о~сечки.
Однако токи его электродов окажутся болыпс, чем в области глубокой отсечки. Учитываи, что напРЯжениЯ б'кв и (1эв имеют знак минУс. и счигая, что )(/эв!>Зт1рг и (!(гкв!>3л!<рг, выражение (2.39! калишем в вице электродов минимальны, Он широко используегся в импульсных устройствах, где биполярный транзистор выполняет функции электронного ключа. При режиме посыл(ения оба р-и-перехода транзистора с помощью приложенных внешних напряжений смещены в прямом направлении. При этом падение напряжения на транзисторе (с>кэ) минимально и оценивается десятками милливольт. Режим насыщения возникает т'огда, когда ток коллектора транзистора ограничен параметрами внешнего источника энергии и при данной схеме включения не может превысить какое-то значение 1» „„.
В то же время параметры исгочника внешнего сигнала взяты такими, что ток эмиттера существенно больше максимального значения тока в коллекторной цепи: 1»,„<сс, 1 . Тогда коллекторный переход оказывается открытым, падение наггряженгия на транзисторе--минимальным и не зависящим от тока эмиттера. Его значение для нормального включения при малом токе 1. (1.
= 1»во) равно г — сс, (.~»э ч - сР>. — —. (2.49) а> Для инверсного включения »э нчч сР7' (2.50) ссл В режиме насыщения уравнение (2.43) теряет свою справедливость. Из сказанного ясно, что, для того чтобы транэиспгор из ик>пивного реэ>си,иа перешел в рел>сил> нась>>>гения, необходимо увеличить ток эигаптера (при нормальном включении) так, ч>пабы начало выполняться условие 1»„,„~ан! .
Причем значение тока 1э, при котором начинается этот режим, зависит от тока 1„,„, определяемого параметрами внешней цепи, в которую включен транзистор. Три схемы вн'почения транзистора. В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входного и выходного сигналов, различают три схемы включения транзистора (рис. 2.22): с обшей базой (ОБ); с общим эмиттером (ОЭ); с общим коллектором (ОК).
В этих схемах источники постоянного напряжения и резисторы обеспечивают режимы работы транзисторов по постоянному току, т. е. необходимые значения напряжений и начальных токов. Входные сигналы переменного тока создаются источниками и„. Они изменяют ток эмиттера транзистора, а соответственно и ток коллектора. Приращения тока коллектора (рис. 2.22, а, б) и тока эмиттера (рис. 2.22, в) соответственно на резисторах )!„и Я, создадут приращения напряжений, которые и являются выходными сигналами и„„„.
Парамегры схем обычно выбирают гак, чтобы (1„„было бы во много раз большое вызвавшего его приращения (!,„(рис. 2.22, а, б) или близко к нему (рис. 2.22, в). Ни цВ» ых» а) Рис. 2.22. Включение транзистора по схеме с общей базой (а). с общим эмиттером гб), с общим коллектором гя) 1з <0 йгБ а) Рис. 2.23. Статические характеристики идеализированного транзистора, включенного по схеме с ОБ: а- вы»оляые, я а»олм»х Вид входных и выходных вольт-амперных характеристик транзистора зависит от схемы включения его в цепь, что следуе~ из полученной общей математической модели (2.34). Так, для схемы включения с ОБ статические характеристики имеют вид, показанный на рис.
2.23, для схемы с ОЭ вЂ” на рис. 2.24. На рис. 2.23, а видны две области: активный режим (1)кнсО), и коллекторный переход смещен в обратном направлении; режим нисьга)ения (Укь > 0), и коллекторный переход смещен в прямом направлении, Для удобства и упрощения расчетов в справочниках приводят статические выходные н входные характеристики для схем включения с ОБ и ОЭ. В цепях, где транзистор включен по схеме с ОЭ или ОК, удобно пользоваться не коэффициентом передачи эмиттерного тока сг*, а коэффициентом передачи базового тока )3.
Это обусловлено тем, что в подобных случаях обычно задается изменение тока базы. Найдем связь между и и )3. Для этого используем уравнение (2.43) и уравнение 1 =1.+1„. * Индекс )»' опущен в связи с тем. что связь коэффициентов справедлива для инверсного и нормального включения. В дальнейшем будем его т'а»же опускать. )00 Последнюю аппроксимацию целесообразно применять для расчета () у современных микромощных транзисторов в диапазоне токов 10 е — 10 э А.
При этом погрешность расчета находится в пределах 5 — 20%. Коэффициент а значительно меньше зависит от режима рабогы транзистора. Коэффициенты передачи эмиттерного и базового токов увеличиваются при повышении температуры окружающей среды. Зависимость коэффициентов а и () от режима работы приводит к тому, что дифференциальные коэффициенты передачи эмиттерного и базового гоков шк а= — ' "Гэ и„,=сяа.
ш а С. — со и (2.53) не равны соответствующим интегральным коэффициентам передачи, определенным из (2.43), (2.52), в которых принято, что (1к 1квоИЭ' и (1к 1кэо) 1в (1к 1кво)~(1Б+1кво). (2.54) гэ Л гя а) Рис. 2.25. Диаграмма иэмснения техов эмиттера (и) и коллектора (6) 102 Дифференциальные коэффициенты передачи базового и эмиттерного токов могут быть болыпе, меньше или равны интегральному. В дальнейшем зависимости п(1 ), р(1 ) будем учитывать только в специальных случаях. Инерционные свойства транзистора. При быстрых изменениях входного сипэала, например 1, проявляюгся инерционные свойства транзистора. Они обусловлены конечным временем «пролета» носителей заряда через область базы, временем, необходимым на перезарядку емкостей эмиттсрного и коллекторного переходов и на установление необходимых концентраций носителей зарядов. В итоге выходной сигнал (ток 1„) будет иметь искаженную форму.
Если у транзистора, работающего в активной области, скачком изменить ток на Ы (рис. 2,25, а), то 1 вначале практически не меняется, а затем начинает нарастать до установившегося значения по сложному закону„ увеличиваясь на Л1 (рис. 2.25, б). В инженерной практике чаще всего считают, что изменения выходного сигнала происходят по экспоненте с задержкой на время В„„.
Экспоненциальная функция имеет постоянную .(р)= (! рп„)(! -рт.„) (2,57 ! гле т,.=т,„4. Инерционные свойства транзистора, характеризуемые изменением коэффициента р, находят путем подстановки в вы. ражение ()=з,'(1 — з) изображения и(р). После преобразований Р (Р) — — Ро !'(!+Рта), (2.58! где т~-— т„1(1 — и) = (1+ Д) т„= 1пв =(1+ (3)1ез„; ()ч коэффициенз передачи базового тока в области низких частот; а! — пре. дельная частота при включении транзистора по схеме с ОЭ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
