Что такое статические и динамические характеристики биполярных транзисторов. Как они влияют на работу схем. Какие режимы работы транзисторов существуют. На что обратить внимание при анализе характеристик.
Что такое статические характеристики биполярных транзисторов
Статические характеристики биполярных транзисторов — это графики зависимостей между токами и напряжениями на входе и выходе транзистора при отсутствии нагрузки. Основные виды статических характеристик:
- Входные характеристики — зависимость входного тока от входного напряжения
- Выходные характеристики — зависимость выходного тока от выходного напряжения
- Характеристики прямой передачи по току — связь между входным и выходным токами
Статические характеристики снимаются для разных схем включения транзистора — с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). Наиболее часто используются схемы ОБ и ОЭ.
Особенности входных характеристик транзисторов
Входные характеристики биполярных транзисторов имеют следующие особенности:
- Нелинейный характер, похожи на ВАХ диода
- Для германиевых транзисторов напряжение база-эмиттер не превышает 0.4 В
- Для кремниевых транзисторов напряжение база-эмиттер не превышает 0.8 В
- При увеличении напряжения коллектор-эмиттер характеристики незначительно смещаются
По входным характеристикам можно определить входное сопротивление транзистора по постоянному и переменному току.
Выходные характеристики биполярных транзисторов
Выходные характеристики транзисторов отражают зависимость коллекторного тока от напряжения коллектор-эмиттер при фиксированных значениях базового тока. Их особенности:
- Нелинейный характер
- При малых напряжениях коллектор-эмиттер (до 0.4-0.8 В) ток коллектора быстро растет
- При больших напряжениях ток коллектора слабо зависит от напряжения
- Ток коллектора в основном определяется током базы
По выходным характеристикам определяют выходное сопротивление транзистора по постоянному и переменному току.
Характеристики прямой передачи по току
Характеристики прямой передачи по току показывают связь между входным и выходным токами транзистора. По ним определяют коэффициенты усиления по току:
- β = ΔIк / ΔIб — для схемы с ОЭ (обычно 20-200)
- α = ΔIк / ΔIэ — для схемы с ОБ (обычно 0.95-0.99)
В схеме с ОБ усиление по току практически отсутствует, в отличие от схемы с ОЭ.
Динамические характеристики биполярных транзисторов
Динамические характеристики отражают работу транзистора при наличии нагрузки в выходной цепи. Основные виды:
- Входная динамическая характеристика
- Выходная динамическая (нагрузочная) характеристика
Динамический режим позволяет оценить работу транзистора в реальных схемах с нагрузкой. По динамическим характеристикам определяют рабочую точку транзистора.
Режимы работы биполярных транзисторов
В зависимости от состояния p-n переходов выделяют следующие режимы работы транзисторов:
- Режим отсечки — оба перехода закрыты
- Режим насыщения — оба перехода открыты
- Активный (линейный) режим — эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт
- Инверсный режим — коллекторный переход открыт, эмиттерный закрыт
Для усиления сигналов используется активный режим работы транзистора.
Методы повышения быстродействия транзисторных ключей
Для повышения быстродействия транзисторных ключей применяются следующие методы:
- Использование форсирующих конденсаторов в цепи управления
- Предотвращение глубокого насыщения транзистора
- Применение диодов Шоттки для ограничения насыщения
- Использование ненасыщенных режимов работы
Эти методы позволяют уменьшить время переключения транзисторных ключей.
Практическое применение характеристик транзисторов
Знание статических и динамических характеристик транзисторов необходимо для:
- Выбора рабочей точки транзистора
- Расчета параметров транзисторных схем
- Определения коэффициентов усиления
- Анализа температурной стабильности
- Оценки быстродействия схем
Характеристики позволяют оптимизировать работу транзисторных устройств и прогнозировать их поведение в различных условиях.
10. Статические и динамические характеристики биполярного транзистора
Статическим режимом работы транзистора называется режим при отсутствии нагрузки в выходной цепи.Статическими характеристиками транзисторов называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора. Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики. Входные статические характеристики представляют собой вольт-амперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода. Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера Iэ от напряжения на эмиттерном переходе UэБ . При отсутствии коллекторного напряжения (UКБ = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольт-амперной характеристики эмиттерного ЭДП, такой же, как ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.
При включении транзистора по схеме с общим эмиттером входной характеристикой будет графическая зависимость тока базы IБ ОТ напряжения на эмиттерном переходе UБЭ. Так как эмиттерный переход и при таком включении остается смещенным в прямом направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного ЭДП .
Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольт-амперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно
от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП.Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и Iэ = 0, то есть цепь эмиттера оборвана, то эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обратное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой зависимость тока коллектора Iк от напряжения между коллектором и базой UКБ, будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая ). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряжение
, то появится ток эмиттера Iэ, который создаст почти такой же коллекторный ток Iк. Чем больше прямое напряжение на эмиттерном ЭДП, тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше располагается выходная характеристика.
Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы IБ , и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в преде