Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером. Их зависимость от тока базы и температуры

Выходными 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 Н_э и Н_б параметров, порядок их величин. Графическое определение Н-параметров. Достоинства и недостатки системы Н-параметров транзистора.

ОБ ОЭ

У₁ = У_э У₁ = -У_б

У₂ = -У_к У₂ = -У_К

U_1­ = U_эб U_1­ = U_бэ

U_2­ = -U_кб­ U₂ = -U_кэ

 

1)_­ 2)

_­

3) - 4)

 

	, Ом			, Сим
ОБ	1 – 100	10-3 – 10-4	0,95 – 0,98	10-5 - 10-7
ОЭ	102 - 103	10-3	50 – 200	3*10-4 - 10-5

Достоинство:

1. Чёткое физическое содержание
2. Удобный для экспериментального определения
3. Приводятся в справочнике
4. Удобны для технологического процесса

Недостатки:

1. Зависят от положения рабочей точки
2. Низкочастотные параметры

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(U_эб)

У₂ = f(U_кб)

α_i – коэффициент передачи У_к 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 α_iI₂ учитывает возможность инверсного ррежима работы БТ.

<=Модифицированная модель

 

2) Т-образная низкочастотная эквивалентная схема с ОБ

Б` - внутрибазовая точка

r_э – диф. сопротивление эмиттерного перехода

(1-10Ом)

r_э – диф. сопротивление коллекторного перехода

(100кОм – 1МОм)

α = -h_21б = |h_21б|

μ_эк = |h_12б|

r`_б – сопротивление, которое зависит от сопр. п/п базы, сопр. контакта базы

 

3) Т-образная высокочастотная эквивалентная схема с ОБ

Uкб

Uэб

, при U_кп ∞(ХХ)~1000пФ

, при U_эп ∞(ХХ)~10пФ

r_э~10Ом r_к~1Мом

f~1МГц f~16кГц

С_диф – отражает изменение заряда неравновесных носителей в базе.

С_{э диф}~1000пФ С_{к диф}~10пФ

С_{к диф}<< С_{э диф}

 

Справочник: 1) С_КП­ при У_э = 0 (к.з.)

С_КП С_{к бар}

2) С_ЭП – ёмкость обратносмещённого ЭП при У_к = 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

r_кэ – дифференциальное выходное сопротивление

r_кэ = r_к(1-α)= r_к/(1+β)

β=

h_11э = r_б`+r_э(β+1)

 

2) Т-образная высокочастотная эквивалентная схема с ОЭ

С_{э диф}→β(jω)α

Т_обр (20-30)% точность расчётов до частоты f≤2f_α

 

 

3) П-образная высокочастотная эквивалентная схема с ОЭ (схема Джиоколетто)

r_бэ­ – диф. сопротивление эмиттерного тока к току базы

- усиливает омическое сопротивление базы

С_бэ – диф. ёмкость эмиттерного перехода

r_бк – диф. сопротивление коллекторного перехода

- внутренняя крутизна транзистора (0,1-1)%

Точность ≤ 80% при f≤0.5f_α

Входная цепь Выходная цепь

С_бэ = С_э + С_к(1+k_U)

k_U – коэффициент усиления по напряжению С_вых = С_к(1+S*r_б)

 

24. Частотные свойства биполярного транзистора. Источники инерционности. Граничные и предельные частоты транзистора (f_α, f_β, f_т, f_ген, f_s), соотношения между ними. Пути уменьшения инерционности.

Источники инерционности:

1) конечное время полёта носителей через базу

мксек

2) С_ЭП, С_КП

3) накопление не основных носителей и их рассасывание идёт с конечной скоростью

… , α₀ – коэффициент передачи тока эмиттера на нулевой частоте … …

f_α – предельная частота передачи У_э, на которой α₀ уменьшается в √2 раз или в 0,707 раз, или на 3 дБ

f_β – частота, на которой β уменьшается в 0,707 раз или на 3 дБ по сравнению со значением на нулевых частотах

f_t – граничная частота, на которой β>1

f_α << f_t < f_β

f_α = m(β₀+1)f_β

 

 

α_н.ч. = У_к/У_э … Пусть У`<sub>к</sub> У<sub>к…</sub> β<sub>н.ч.</sub> = У<sub>к</sub>/У<sub>б…</sub> α<sub>н.ч.</sub> = У`_к/У_э α_н.ч.

…β_н.ч. = У_к/У`_б < β_н.ч.

f_s = 1/2πτ

τ – постоянный временной параметр, измеренный при коротко замкнутых входах и выходах транзистора

τ = (С_э + С_к)(r`_б// r_бэ// r_к)= (С_э + С_к)()

τ_0c 1.5 r`_б* С_к

f_max – частота, на которой при согласованном входе и выходе (R_б=R_вх, R_н=R_вых) k_u =1

Для ↑ f_max

1) ↑ f_α … ↓W→r_б↑ «-» … D↑

2) r`_б↓

W↑→↓α,↓f_α «-»

ρ_б↓→N_{пр б}↑→ǽ↓,α↓ «-»

U_{проб КП}↓ «-»

С_к↑ «-»

3) ↓С_к

↓ρ_КП => ↓Р_вых «-»