Параметри та режими роботи біполярних транзисторів

Для розрахунку та аналізу роботи електронних схем, в яких основним елементом є біполярний транзистор, користуються його заступною схемою у вигляді чотириполюсника, основні властивості якого відповідають загальній теорії електричних кіл. Така заступна схема зображена на рис. 2.8. Для схеми увімкнення транзистора зі спільним емітером вхідними параметрами чотириполюсника є струм і напруга бази, а вихідними – струм і напруга колектора. Існують параметри, які характеризують зв’язок між вхідними і вихідними струмами і напругами чотириполюсника. Якщо надати вхідній напрузі приросту ΔU_Б і вхідному струмові приросту ΔІ_Б, то відповідно зростуть вихідний струм ΔІ_К та вихідна напруга ΔU_К. Вважаючи незалежними змінними вхідний струм ΔІ_Б і вихідну напругу ΔU_К, за рівняннями чотириполюсника (2.5) - (2.6) можна визначити вхідну напругу ΔU_Б і вихідний струм ΔІ_К:

Рис. 2.8. Заступна схема транзистора у вигляді чотириполюсника

Коефіцієнти h₁₁, h₁₂, h₂₁ та h₂₂ , що входять до системи рівнянь, називаються h – параметрами транзистора. Кожен з цих параметрів має фізичний зміст. Якщо вважати незмінною вихідну напругу U_К=const (ΔU_К=0), то із системи рівнянь визначимо:

│ U_К=const – вхідний опір транзистора;

│ U_К=const – коефіцієнт передачі струму.

Якщо вважати незмінним вхідний струм І_Б=const (ΔІ_Б=0), то із системи рівнянь визначимо наступні h – параметри:

│ І_Б=const – коефіцієнт внутрішнього зворотного зв’язку;

│ І_Б=const – вихідна провідність транзистора.

Значення h – параметрів транзистора визначають, користуючись вхідними та вихідними статичними характеристиками. За допомогою вхідних характеристик для U_К=const визначають вхідний опір транзистора h₁₁, а за умови І_Б=const – коефіцієнт внутрішнього зворотного зв’язку h₁₂.

За допомогою вихідних характеристик для U_К=const знаходимо коефіцієнт підсилення струму h₂₁, а для І_Б=const – вихідну провідність h₂₂.

Всі h – параметри визначають на лінійних ділянках статичних характеристик. Наприклад, для визначення коефіцієнта h₁₁ (рис. 2.7, а) необхідно на лінійній частині вхідної характеристики вибрати точку і відносно неї надати приросту ΔU_Б і визначити відповідний приріст ΔІ_Б.

Користуючись числовими значеннями, поданими на графіку вхідної характеристики, для U_К = -5 В = const знаходимо:

Ом.

Для визначення коефіцієнта h₂₁ користуються вихідними характеристиками. Вважаючи U_К=const (наприклад, 10 В) і надаючи приросту струму ΔІ_Б (наприклад, від 250 до 300 мкА), знаходимо відповідний приріст струму колектора ΔІ_К (від 62 до 72 мА) і розраховуємо коефіцієнт

Подібним чином знаходять інші h – параметри за допомогою статичних характеристик.

Залежно від полярності напруг, прикладених до емітерного та колекторного переходів, розрізняють чотири режими роботи транзистора:

а) активний режим. До емітерного переходу прикладено пряму напругу, а до колекторного – зворотну. Цей режим є основним і в ньому проявляються підсилювальні властивості транзистора. Власне, такий режим роботи ми розглянули, аналізуючи роботу біполярного транзистора;

б) режим відсічки. У цьому режимі до обох переходів прикладено зворотну напругу. Внаслідок цього струм у переходах транзистора незначний і визначається лише рухом неосновних носіїв зарядів. Це практично закритий стан транзистора. На графіках вихідних характеристик цей режим відповідає ділянці, яка розміщена нижче характеристики, що відповідає струмові І_Б =0;

в) режим насичення. У цьому режимі обидва переходи перебувають під дією прямої напруги. Струм у вихідному колі транзистора максимальний і не регулюється струмом вхідного кола. Транзистор повністю відкритий. Це відповідає такому стану, коли | U_KE |<| U_БЕ |. На вихідних статичних характеристиках цей режим відповідає ділянці від U_KE=0 до | U_KE| = | U_БЕ |, тобто початковій ділянці цих характеристик;

г) інверсний режим. У цьому режимі до емітерного переходу прикладено зворотну напругу, а до колекторного – пряму. Тобто тут емітер і колектор помінялися функціями. Це ненормальний режим експлуатації транзистора і він, як правило, виходить з ладу.

До експлуатаційних параметрів, які визначають можливість використання біполярних транзисторів у схемах електроніки, належать:

1) максимально допустимий постійний струм колектора І_{К макс};

2) максимальна допустима напруга між колектором і емітером U_{KE макс};

3) максимально допустима середня потужність, що розсіюється колектором Р_{К макс}. Ця потужність не виконує корисної роботи, а марно витрачається на нагрівання транзистора. Для охолодження транзистора використовують масивні тепловідводи (радіатори), часом з повітряним обдуванням. За значенням Р_{К макс} транзистори поділяють на транзистори малої потужності (до 0,3 Вт), середньої (0,3…1,5 Вт) та великої (понад 1,5 Вт);

4) межова частота підсилення за струмом f_α або f_β – це частота, за якої коефіцієнти підсилення за струмом α чи β зменшуються у разів відносно свого значення в смузі робочих частот. За цією частотою транзистори відносять до таких груп: низькочастотні (до 3 МГц), середньої частоти (від 3 до 30 МГц), високої та надвисокої частот (понад 30 МГц);

5) зворотний струм колектора І_К0 – це зворотний струм (тепловий) через колекторний перехід за умови заданої зворотної напруги між колектором і базою та від’єднаному виводі емітера.

Виходячи з умови надійної роботи біполярного транзистора у режимі підсилення, не рекомендується допускати сили струмів і напруг, які б перевершували 70% від найбільших допустимих значень. Під час роботи транзистора у ключовому режимі сили струмів можуть наближатися до допустимих, бо в цьому режимі виділяється значно менше потужності на колекторі.

Ці та інші параметри біполярних транзисторів подані у паспортних даних та довідниках з напівпровідникової техніки [5].

3. Будова і характеристики польового транзистора

Польовий транзистор – це керований напівпровідниковий прилад, за допомогою якого можна збільшувати потужність електричних сигналів. Принцип дії польового транзистора базується на переміщенні носіїв зарядів тільки одного знаку, керування потоком яких здійснюється поперечним електричним полем. Основні носії зарядів (електрони чи дірки) рухаються у спеціально утвореному каналі. За способом утворення каналу польові транзистори поділяють на транзистори з p-n- переходом, із вмонтованим каналом та індукованим каналом. Два останні типи відносяться до різновидності МДН – транзисторів.

Широке застосування цих транзисторів обумовлене їх технологічністю під час виготовлення, добрим відтворенням потрібних параметрів та меншою вартістю порівняно з біполярними транзисторами. Польові транзистори характеризуються великим вхідним опором.

Дата добавления: 2014-01-04