Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером. Их зависимость от тока базы и температурыВыходными характеристиками транзистора в схеме включения с общим эмиттером (рис.5) называются зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном значении тока базы. Формально выходные характеристики записываются в виде функционального уравнения Отличия вых. Хар-ик ОЭ от ОБ. Напряжение на коллекторном переходе становиться равным нулю при напряжении . Поддерживается постоянным ток базы Iб = (1−α)Iэ − Iко. Ток Iко неизменяется при увеличении напряжения на коллекторе, а коэффициент α при этом увеличивается. Следовательно, для поддержания тока постоянным значением необходимо несколько увеличить ток Iэ. Таким образом, выходная характеристика в схеме с ОБ снимается при постоянном токе Iэ, а в схеме с ОЭ – при постепенно возрастающем токе Iэ. Как и в схеме с ОБ, на семействе выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ различают четыре области, соответствующие различным режимам работы транзистора: I – режим активного усиления (эмиттерный переход прямосмещенный, а коллекторный переход обратносмещенный); II – режим насыщения (оба перехода открыты); III – режим отсечки (оба перехода закрыты); IV – нерабочая область. Первая выходная характеристика снимается при отрицательном токе базы (имеет место обрыв цепи эмиттера) и ток базы равен неуправляемому току коллекторного перехода (зав-сть 1 рис.5). В этом случае выходная характеристика аналогична обратной ветви ВАХ электронно-дырочного перехода и величина тока коллектора соответствует зависимости и при значении ≅ (0,1÷ 0,2)В второе слагаемое в скобках имеет очень малое значение, ток коллектора равен Iко и слабо изменяется в большом диапазоне изменения напряжения на коллекторе. Вторая выходная характеристика транзистора (зав-сть 2 рис.5) соответствует току базы (обрыв цепи базы). В этом случае в цепи коллектор-эмиттер протекает сквозной ток транзистора I*ко, превышающий в (β+1) раз неуправляемый ток коллекторного перехода. Данная характеристика также начинается из начала координат и увеличивается по мере возрастания обратного тока перехода коллектор-база. При изменении напряжения на коллекторе изменяется коэффициент передачи по току транзистора в схеме включения с общим эмиттером из-за эффекта модуляции толщины базы. Увеличение тока базы приводит к росту тока коллектора в соответствии с выражением Iк =βIб +I*ко, и выходная характеристика идет выше и смещена вправо относительно начала координат. Зав-сть 3 рис.5 снята при = 30мкА. т.А Если ток базы > 0, а Uкэ = 0, то это равносильно короткому замыканию коллектора с эмиттером. КП и ЭП инжектируют дырки в Б. Iк имеет 2 составляющие: ток экстракции и инжекции, посколько Sкп>Sэп, то Iкинж.>Iкэкстр.(уч. АВ), а общий ток К Iк=Iкэкстр-Iкинж<0 т.В. Iкинж=Iкэкстр=>Iк0<0 т.С |Uкэ|=|Uбэ|=>|Uкб|=0, Iк=β*Iб3 Участок CD относится к режиму активного усиления, коллекторный переход получает обратное смещение и работает в режиме экстракции, а эмиттерный – в режиме инжекции. На участке CD ток коллектора равен Iк=βIб+(β+1)Iко и зависит от изменения напряжения Uкэ в виду наличия в транзисторе эффекта модуляции толщины базы, который с ростом U кэ проявляется в увеличении коэффициента передачи по току β. С дальнейшим ростом тока базы (зависимости 4,5 при , рис.5) выходные характеристики идут выше и правее от начала координат. Область насыщения сдвигается вправо: ↑Iб, значит, ↑Iэ=>|Uбэ|↑=>|Uкэ|↑ Область I: выходные хар-ки поднимаются вверх на величину ∆Iк=β*∆Iб
Влияние температуры на выходные характеристики На рис.6 приведены выходные характеристики транзистора в схеме с ОЭ для двух токов базы ( =- Iко; = 0), снятые при двух различных температурах, а на рис.7 представлены выходные характеристики при токах базы больше нуля, снятые для двух значений температуры. При токе базы =-Iко (зависимость 1 рис.6) с ростом температуры неуправляемый ток коллекторного перехода возрастает по экспоненциальному закону. При токе базы = 0 ток коллектора определяется сквозным током транзистора Iк=Iкo*=(β+1)Iко. Влияние температуры проявляется в увеличении Iко и β. При токах базы > 0 (зав-ть 1, 7 рис.7) ток коллектора определяется уравнением Iк= βIб + (β+1)Iко. Выходные характеристики в схеме включения с ОЭ снимаются при фиксированных значениях тока базы Iб = (1−α)Iэ − Iко. С увеличением температуры экспоненциально увеличивается ток Iко, а также несколько увеличивается коэффициент α, а, следовательно, и β. Последнее обстоятельство приводит к тому, что с увеличением температуры увеличивается наклон выходных характеристик. Для поддержания тока базы постоянным приходится существенно увеличивать ток Iэ, естественно, что при этом будет возрастать и ток коллектора Iк =αIэ + Iко.
Таким образом, выходные характеристики в схеме включения с общим эмиттером не термостабильны. Следует отметить, что транзисторы, выполненные на основе кремния, имеют меньшую зависимость характеристик от температуры, так как значение неуправляемого тока коллекторного перехода Iко у кремниевых транзисторов во много раз меньше, чем у германиевых.
Представление транзистора четырехполюсником в системе малосигнальных параметров. Системы Y-, Z- и H- параметров (системы уравнений, схемы замещения). Физическое содержание параметров и методы их определения. Система считается малосигнальной, если амплитуда перемен. сост-х << постоян. значений токов и напряжений. Транзистор можно рассматривать как четырехnолюсник связь между токами и напряжениями в котором представляется двумя, в общем случае нелинейными функциями.
Система H-параметров:
Схема замещения
Система Y-параметров:
Схема замещения
Система Z-параметров: Схема замещения 21. Н-параметры транзистора в схемах включения с общей базой и общим эмиттером. Связь Нэ и Нб параметров, порядок их величин. Графическое определение Н-параметров. Достоинства и недостатки системы Н-параметров транзистора. ОБ ОЭ У1 = Уэ У1 = -Уб У2 = -Ук У2 = -УК U1 = Uэб U1 = Uбэ U2 = -Uкб U2 = -Uкэ
1) 2)
3) - 4)
Достоинство:
Недостатки:
22. Физические линейные эквивалентные схемы транзистора, включённого по с хеме с общей базой. Упрощённые схемы входной и выходной цепей. Физическое содержание и величины элементов. 1) Нелинейная модель Эберса – Мола У1 = f(Uэб) У2 = f(Uкб) αi – коэффициент передачи Ук в цепь эмиттера в инверсном режиме (коллекторный переход прямосмещён, инжектирует, эмиттерный – обратносмещён, в режиме экстракции) ЭП и КП представлены диодами. Управление током К отражено включением генератора тока αI1. Гене-ратор тока αiI2 учитывает возможность инверсного ррежима работы БТ. <=Модифицированная модель
2) Т-образная низкочастотная эквивалентная схема с ОБ Б` - внутрибазовая точка rэ – диф. сопротивление эмиттерного перехода (1-10Ом) rэ – диф. сопротивление коллекторного перехода (100кОм – 1МОм) α = -h21б = |h21б| μэк = |h12б| r`б – сопротивление, которое зависит от сопр. п/п базы, сопр. контакта базы
3) Т-образная высокочастотная эквивалентная схема с ОБ
, при Uкп ∞(ХХ)~1000пФ , при Uэп ∞(ХХ)~10пФ rэ~10Ом rк~1Мом
f~1МГц f~16кГц Сдиф – отражает изменение заряда неравновесных носителей в базе. Сэ диф~1000пФ Ск диф~10пФ Ск диф<< Сэ диф
Справочник: 1) СКП при Уэ = 0 (к.з.) СКП Ск бар 2) СЭП – ёмкость обратносмещённого ЭП при Ук = 0
23. Физические линейные эквивалентные схемы транзистора, включённого по с хеме с общим эмиттером. Упрощённые схемы входной и выходной цепей. Физическое содержание и величины элементов. 1) Т-образная низкочастотная эквивалентная схема с ОЭ rкэ – дифференциальное выходное сопротивление rкэ = rк(1-α)= rк/(1+β) β= h11э = rб`+rэ(β+1)
2) Т-образная высокочастотная эквивалентная схема с ОЭ Сэ диф→β(jω)α Тобр (20-30)% точность расчётов до частоты f≤2fα
3) П-образная высокочастотная эквивалентная схема с ОЭ (схема Джиоколетто) rбэ – диф. сопротивление эмиттерного тока к току базы - усиливает омическое сопротивление базы Сбэ – диф. ёмкость эмиттерного перехода rбк – диф. сопротивление коллекторного перехода - внутренняя крутизна транзистора (0,1-1)% Точность ≤ 80% при f≤0.5fα Входная цепь Выходная цепь
Сбэ = Сэ + Ск(1+kU) kU – коэффициент усиления по напряжению Свых = Ск(1+S*rб)
24. Частотные свойства биполярного транзистора. Источники инерционности. Граничные и предельные частоты транзистора (fα, fβ, fт, fген, fs), соотношения между ними. Пути уменьшения инерционности. Источники инерционности: 1) конечное время полёта носителей через базу мксек 2) СЭП, СКП 3) накопление не основных носителей и их рассасывание идёт с конечной скоростью … , α0 – коэффициент передачи тока эмиттера на нулевой частоте … … fα – предельная частота передачи Уэ, на которой α0 уменьшается в √2 раз или в 0,707 раз, или на 3 дБ fβ – частота, на которой β уменьшается в 0,707 раз или на 3 дБ по сравнению со значением на нулевых частотах ft – граничная частота, на которой β>1 fα << ft < fβ fα = m(β0+1)fβ
αн.ч. = Ук/Уэ … Пусть У`к Ук… βн.ч. = Ук/Уб… αн.ч. = У`к/Уэ αн.ч. …βн.ч. = Ук/У`б < βн.ч. fs = 1/2πτ τ – постоянный временной параметр, измеренный при коротко замкнутых входах и выходах транзистора τ = (Сэ + Ск)(r`б// rбэ// rк)= (Сэ + Ск)() τ0c 1.5 r`б* Ск fmax – частота, на которой при согласованном входе и выходе (Rб=Rвх, Rн=Rвых) ku =1 Для ↑ fmax 1) ↑ fα … ↓W→rб↑ «-» … D↑ 2) r`б↓ W↑→↓α,↓fα «-» ρб↓→Nпр б↑→ǽ↓,α↓ «-» Uпроб КП↓ «-» Ск↑ «-» 3) ↓Ск ↓ρКП => ↓Рвых «-»
|