Активный режим работы биполярного транзистора

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 4.4.

За счет прямого смещения эмиттерного перехода электроны – основные носители n –слоя переходят в р –слой. Часть из них рекомбинирует с дырками базовой области. Поскольку технологически обеспечивается неравенство р_р << п_n

и база выполняется узкой, то вероятность рекомбинации мала, и большая часть электронов эмиттера доходит до запертого коллекторного перехода. Поскольку электроны эмиттера для р –области (базы) являются неосновными носителями, то поле запертого коллекторного перехода является для них ускоряющим и они путем дрейфа переходят в область коллекторного слоя п.

Рис. 4.5. Работа биполярного транзистора от реального источника управляющего сигнала    

Запирающий источник Е _и вызывает протекание малого обратного тока коллекторного перехода I _ко. Обозначив коэффициентом часть электронов эмиттера, избежавших в слое базы рекомбинации и попавших в слой коллектора, можно записать очевидное соотношение для тока коллектора в активном режиме, как

I _к = I _э + I _ко, I _э =F (Е _эб). (4.1)

Из (4.1) с очевидностью подтверждается, что биполярный транзистор является электрически управляемым элементом: I _к = F (I _э) = F (Е _эб).

  Рис. 4.6. Управление током базы

Учитывая малость обратного тока (I _ко®0) и близость к единице коэффициента , можно считать, что

I _к » I _э. (4.2)

Так как напряжение источника Е _кб (запирающего) может быть выбрано много больше, чем напряжение Е _эб на открытом переходе (для кремния это около 0,7В), на основании (4.2) можно записать

(Р _и = I _к Е _кб) >> (Р _у =I _э Е _эб),

т. е. мощность источника энергии Р _и, управляемая транзистором, много больше мощности управления Р _у, что является обязательным свойством любого управляемого элемента. В этом смысле говорят, что биполярный транзистор является усилительным элементом.

Если рассматривать ток коллектора как функцию тока эмиттера (4.1), то это вариант управления током. Но это чисто условно, поскольку ток I _э =F (Е _эб) и можно считать, что транзистор управляется напряжением, когда связь выходного тока с управляющим напряжением может быть представлена в виде

I_к= Е_эб + I _ко, (4.3)

где – коэффициент, называемый крутизной биполярного транзистора, имеющий размерность проводимости.

Реально источник управляющего сигнала всегда можно представить в виде идеального источника ЭДС Е _ус внутренним сопротивлением R _у (рис. 4.5), и в этом случае использование соотношений (4.1) или (4.3) является делом вкуса, т.к. для определения I _у и U _у через заданные Е _у и R _у необходимо решать нелинейную задачу.

Главным недостатком схемы с ОБ, из-за которого эта схема в чистом виде практически не используется, является большая величина тока, а, следовательно, мощность управления – соотношение (4.2). Реальные источники сигналов в большинстве случаев не могут из-за ограниченной мощности обеспечить такой ток (мощность). Возвращаясь к рис. 4.4, на основании закона Кирхгофа для узла Б имеем

I _э =I _б +I _к ,

или с учетом соотношения (4.1)

I _б = I _э - I _к = I _э(1- ) - I _ко. (4.4)

Учитывая, что »1, из (4.4) следует

I _б << I _э, I _б << I _к.

Поскольку ток базы вызывается тем же самым напряжением Е _бэ, что и ток эмиттера, из (4.4) следует, что получить одинаковый ток коллектора можно за счет задания тока базы, значительно меньшего, чем ток эмиттера.

Это достигается в схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ), рис. 4.6.

Теперь мощность, потребляемая от управляющего источника,

Р _у =Е _бэ I _б

много меньше, чем в схеме с ОБ, благодаря чему схема с ОЭ является основной схемой, используемой на практике.

Дата добавления: 2015-04-24