Пояснения

Исследование биполярного транзистора, включенного с общим эмиттером

Цель работы: снятие и анализ входных и выходных характеристик транзистора, включенного с ОЭ, определение по ним его h-параметров (рис. 32)

Биполярные транзисторы являются наиболее универсальными и распространенными полупроводниковыми приборами, предназначенными для усиления и генерирования электрических колебаний, и имеют трехслойную p-n-p- или n-р-n -структуру (рис. 25, а, б). Каждый слой имеет вывод, название которого совпадает с названием слоя или области транзистора. Среднюю область транзистора называют базой, а крайние — эмиттером и коллектором. Эти транзисторы получили название биполярных потому, что перенос тока в них осуществляется носителями заряда двух типов: электронами и дырками. Биполярный транзистор имеет два р-n-перехода — эмиттерный П1 и коллекторный П2 — и два запирающих слоя с контактными разностями потенциалов U_k1 и U_k2, обусловливающих напряженности E_k1 и E_k2 электрических полей в них. Ширина переходов l_o1 и l_o2, ширина базовой области l_Б.

В зависимости от выполняемых в схеме функций транзистор может работать в трех режимах.

В активном режиме транзистор работает в усилителях, когда требуется усиление электрических сигналов с минимальным искажением их формы. При этом на эмиттерный переход подают внешнее напряжение в прямом направлении, а на коллекторный — в обратном (рис. 26,а). Основные носители эмиттера под действием напряжения U_ЭБ преодолевают эмиттерный переход, а им навстречу движутся основные носители базы, которых значительно меньше, поскольку концентрация примеси в базе мала. Часть дырок эмиттера рекомбинирует с электронами базы вблизи перехода П1, а остальные инжектируются (впрыскиваются) в базовую область.

На пути к коллекторному переходу часть дырок эмиттера рекомбинирует с электронами базы (в реальных транзисторах от 0,1 до 0,001 количества носителей заряда, покинувших эмиттер). Остальные дырки достигают коллекторного перехода, на который подано обратное напряжение U_КБ, и с ускорением перебрасываются в коллектор полем перехода П2.

Таким образом, ток I основных носителей, покидающих эмиттер, частично теряется в переходе П1 и базе на рекомбинацию, эти потери составляют ток базы I_Б. Остальная его часть достигает коллектора, где рекомбинирует с электронами, поступающими в него из внешней цепи в виде тока i_К. Уход дырок из эмиттера восполняется генерацией пар электрон - дырка в эмиттерной области и отводом электронов во внешнюю цепь в виде тока i_Э. Расход электронов базы на рекомбинацию компенсируется их притоком в виде тока i_Б.

Токи транзистора, работающего в активном режиме, связаны уравнением I_Э = I_К + I_Б, которое можно переписать в приращениях: I_Э = I_К + I_Б. Таким образом, при появлении переменной составляющей входного тока транзистора (в рассматриваемом случае это ток эмиттера) появляется переменная составляющая выходного (коллекторного) тока. Если в цепь коллектора включить резистор, то падение напряжения U_вых на нем окажется значительно больше переменного напряжения U_вх входного сигнала, т. е. транзистор усиливает входной сигнал (рис. 26, б).

Рис. 24.

Рис. 25.

б)

в)

Рис. 26.

Рис. 27.

Рис. 28.

В активном режиме транзистор управляется в любой момент процесса усиления, т. е. каждому изменению входного сигнала соответствует изменение выходного.

В режиме насыщения (рис.26,в) на оба перехода транзистора подается прямое напряжение. При этом в базу инжектируются потоки основных носителей эмиттера и коллектора и сопротивление промежутка коллектор— эмиттер транзистора резко уменьшается. В этом режиме транзистор не управляется. Режим насыщения используют в тех случаях, когда необходимо уменьшить почти до нуля сопротивление цепи, в которую включен транзистор.

В режиме отсечки (рис. 26, г) оба перехода транзистора закрыты, так как на них подаются обратные напряжения. В этом режиме транзистор обладает большим сопротивлением. Обратные токи эмиттерного I_ЭБО и коллекторного I_КБО переходов малы (особенно кремниевых транзисторов).

При включении биполярного транзистора в электрическую схему образуется две цепи: управляющая и управляемая. В управляющей цепи действует входной сигнал, который обычно подают на эмиттер или базу. В управляемой цепи (коллекторной или эмиттерной) формируется выходной сигнал, поступающий затем на вход следующего каскада или в нагрузку. Третий электрод транзистора является общим для входной и выходной цепей.

Широко распространены три схемы включения транзисторов; с общей базой (рис. 27, а), общим эмиттером (рис. 27,6) и общим коллектором (рис. 27,в). Для расчета транзисторных схем используют два семейства вольт-амперных характеристик: входные и выходные.

Входные характеристики транзистора показывают зависимости тока входного электрода от напряжения между ним и общим электродом при постоянном напряжении на выходном электроде. Для схемы с ОБ это зависимость тока эмиттера от напряжения между ним и базой при постоянном напряжении на коллекторе (рис 28,а): I_Э = f(U_ЭБ) при U_КБ = const.

Выходные характеристики транзистора показывают зависимость тока выходного электрода от напряжения между ним и общим электродом. Снимают выходные характеристики для ряда постоянных токов входного электрода

Дата добавления: 2015-05-06