Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Лабораторная работа №5

Электрические параметры.

UКЭ макс.	40 В
UКБ макс.	40 В
IК макс.	400 мА
hКЭ при UКЭ=20 В IЭ=2.5 мА	30¸80
fмакс.	0.5 мГц

Плоскостной транзистор состоит из двух p-n-переходов, один из ко­торых—эмиттерный—включен в прямом направлении, другой— коллек­торный—включен в обратном направлении. Между эмиттерным и кол­лекторным переходами расположена область базы.

Полупроводник базы имеет низкую концентрацию примесей, тол­щина базовой пластины w значительно меньше диффузионной длины L (диффузионной длиной называют расстояние, на которое неосновные носители диффундируют за время жизни).

На рис. 5-1 показана зонная энергетическая диаграмма транзистора р-п-р-типа без подачи напряжений на электроды прибора и в активном ре­жиме. Подача на эмиттерный переход прямого смещения U_э вызы­вает инжекцию дырок из эмиттера в базу. Инжектированные в базу дырки диффундируют к коллекторному переходу. При условии w<<L_p лишь небольшая часть инжектированных в базу дырок рекомбинирует—почти все они дойдут до коллекторного перехода и его электрическим полем будут переброшены в коллекторную р- область. Поэтому приращение коллекторного тока DI_k несколько меньше вызвавшего его приращения тока эмиттера DI_э, а коэффи­циент передачи тока эмиттера в схеме с об­щей базой (ОБ)

Если транзистор включен пи схеме ОЭ (рис. 5-2), входным та­ком явля­ется ток базы. Этот ток в основном определяется реком­бинацией неос­новных носителей в базе. Коэффициент передачи тока базы в схеме ОЭ

Рассмотрим, как происходит усиление в транзисторе, включен­ном по схеме ОЭ. В коллекторной цепи транзистора включено со­противление нагрузки R_н, а во входной цепи—источник перемен­ного сигнала U~. Со­противление коллекторного перехода, смещен­ного в обратном направле­нии, велико по сравнению с сопротивлением выходной цепи, поэтому в цепь коллек­тора можно включить доста­точно большое сопротивле­ние нагрузки. Относительно малое изменение напряже­ния на эмиттерном переходе

будет вызывать значительное измене­ние тока инжекции и напря­жения на сопротивлении нагрузки. В результате различия входно­го и выходного сопро­тивлений транзистор, включенный по схеме ОЭ, дает усиление по току, на­пряжению и мощности.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ (рис. 5-3,a), представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы. Как и для схемы ОБ, выходные характеристики в схеме с ОЭ – это коллекторные характеристики. I_к=f(U_кэ) I_б=const.

Семейство коллекторных характеристик транзистора в схеме с ОЭ отличается от коллекторных характеристик в схеме ОБ. Все характеристики выходят из начала координат, т.е. при U_кэ=0 ток I_к=0. Это объясняется тем, что при U_кэ=0 цепь коллектор-эмиттер закорочена; кол­лекторный переход подключен параллельно эмиттерному, и на нем тоже действует прямое напряжение, равное U_бэ, которое понижает потенци­альный барьер. В результате основные носители заряда переходят из кол­лектора в базу и компенсируют поток таких же носителей заряда, пере­ходящих в коллектор от эмиттера через базу, так что I_к=0.

Вид входных характеристик транзистора показан на рис. 5-3,б. Обра­тите внимание то, что I_б падает с увеличением обратного смещения кол­лекторного перехода U_кэ. При U_кэ=0 оба перехода – эмиттерный и кол­лекторный – смещены в прямом направлении напряжения U_бэ. В резуль­тате рекомбинационный ток базы велик. Смещение коллекторного пере­хода в обратном направлении |U_кэ|>|U_бэ| переводит транзистор в активный режим с малым током базы. Дальнейшее уменьшение тока базы связано с модуляцией ширины базы коллекторным напряжением.

Наибольшее распространение при расчете транзисторных низ­кочас­тотных схем получили h-параметры. Их преимущество пе­ред собствен­ными параметрами состоит в том, что их удобно определять с помощью измерений в схеме включения транзисто­ра, причем для этого легко соз­дать требуемые режимы по пере­менному току: короткое замыкание на выходе, соответствующее условию DU_вых=0 (или U_вых ), и холостой ход на входе, соответственно, DI_вх= 0 (или I_вх = const).

Для определения h-параметров составляется система уравне­ний, в кото­рой независимыми переменными являются DI_вх и DU_вых:

DU_вх=h₁₁DI_вх+h₁₂DU_вых;

DI_вых=h₂₁DI_вх+h₂₂DU_вых.

В этой системе имеется четыре параметра с разной размер­ностью: h₁₁,h₁₂,h₂₁,h₁₂.

Зна­чение этих параметров следующее:

h₁₁ — входное сопротивление транзистора при неизменном вы­ходном напряжении:

при U_вых=const;

h₂₂ — выходная проводимость транзистора при неизменном вход­ном токе:

при I_вх=const;

h₂₁ — коэффициент усиления тока при неизменном выходном напря­жении:

при U_вых=const;

h₁₂— коэффициент внутренней обратной связи по напряжению при неизменном входном токе

при I_вх=const;

Поскольку в систему h-параметров входят сопротивление, проводи­мость и безразмерные величины, их иногда называют смешанными, или гибридными, параметрами. Эти параметры зависят от схемы включения транзистора и в разных схемах имеют разные значения. Поэтому к ин­дексу добавляют букву, обозначающую схему включения.

Определение h-параметров по статическим характеристикам транзи­стора для схемы ОЭ показано на рис. 5-4, где h₁₁ опре­деляется по одной входной характеристике, h₂₂ — по одной вы­ходной, h₁₂ — по двум вход­ным, h₂₁ — по двум выходным. Учи­тывая, что характеристики транзи­стора нелинейны и параметры зависят от режима работы, их определяют для рабочей точки по малым приращениям токов и напряжений.

Значения h-параметров для разных схем включения связаны соотно­шениями, из которых по h-параметрам одной схемы можно найти h-па­раметры другой. Например:

Кроме того, h-параметры можно выразить через первичные пара­метры транзистора:

В справочниках приводится коэффициент усиления тока в схеме ОЭ: h_21э=b.

Как видно из приведенных соотношений, a и b соответствен­но равны h_21б и h_21э; определение их по коллекторным характе­ристикам для схем ОЭ и ОБ производится аналогично показан­ному на рис. 5-4, в.

1. Термины и обозначения.

Постоянный ток коллектора	Iк
Постоянный ток эмиттера	Iэ
Постоянный ток базы	Iб
Постоянное напряжение эмиттер-база	Uэб
Постоянное напряжение коллектор-эмиттер	Uкэ
Постоянная рассеиваемая мощность биполярного транзистора (БТ)	P
Входное дифференциальное сопротивление диода БТ в режиме малого сигнала	h11
Коэффициент обратной связи по напряжению БТ в режиме малого сигнала	h12
Коэффициент передачи тока БТ в режиме малого сигнала	h21
Выходная полная проводимость БТ в режиме малого сигнала при холостом ходе	h22
Максимально допустимый постоянный ток коллек­тора	Iк. макс.
Максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер	Uкэ. макс.
Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность БТ	Pмакс.

2. Цель работы.

2.1. Изучение устройства и принципа действия биполярных транзисто­ров.

2.2. Наблюдение на осциллографе и снятие характеристик транзисторов в схеме с общим эмиттером.

Дата добавления: 2015-05-06