Коэффициент передачи тока транзистора: 17.5. Коэффициент передачи тока эмиттера биполярного транзистора в схеме с об

17.5. Коэффициент передачи тока эмиттера биполярного транзистора в схеме с об

Итак, для улучшения работы транзистора необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициенты γ и β_n были близки к единице. Однако их нельзя измерить, а можно только рассчитать теоретически. Поэтому для расчетов вводят коэффициент передачи тока эмиттера (статический)

(17.8)

где I_Kр — дырочный ток коллектора, I_Э — ток эмиттера. Этот коэффициент можно измерить, а его значение равно

Сучетом (17.8)

(17.9)

(17.10)

Из (17.9) видно, что, изменяя ток эмиттера, можно управлять током коллектора.

При работе транзистора на переменном токе вводят понятие диф­ференциального коэффициента усиления тока

, который определяется через приращения токов входной и выходной цепей транзистора. Для схемы с ОБ дифференциальный коэффициент усиления тока

(17.11)

Если (17.9) продифференцировать по I_Э, то получим

Зависимость тока коллектора от тока эмиттера в активном режиме практически линейна, поэтому можно считать, что дифференциальный и статический коэффициенты усиления тока приблизительно равны. Если зависимость между коллекторным и эмиттерным токами нели­нейна, то α_ст ≠ α_диф.

17.6. Коэффициент передачи тока базы биполярного транзистора в схеме с оэ

В схеме с ОЭ входным является ток базы I_Б, а выходным — ток коллектора I_K. Определить коэффициент передачи тока базы можно из соотношения I_К = α_стI_Э + I_Ко, если подставить в него I_Э=I_Б+I_К. Тогда откуда

— статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ, выраженный через статический коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с ОБ;

(17.15)

— обратный ток коллекторного перехода в схеме с ОЭ. Значение β_ст можно получить из (17.13) и (17.15):

(17.16)

По аналогии с α_диф (17.11), дифференциальный коэффициент передачи тока базы

(17.17)

Из уравнения (17.13) имеем

(17.18)

Если (dβ_cт/dI_Б) = 0, то β_диф = β_ст. В дальнейшем будем считать β_ст = β_диф = β. Коэффициент β является важнейшим параметром тран­зисторов.

Из уравнения (17.14) следует, что схема с ОЭ обеспечивает большое усиление по току. Так, если α = 0,985, то β = 66; при α = 0,990 β = 99.

17.7. Усилительные свойства биполярного транзистора

Биполярный транзистор обладает свойством усиливать электрический входной сигнал, благодаря чему его можно использовать в качестве активного элемента. Под усилением сигнала обычно подразумевается усиление мощности полезного сигнала, которое можно наблюдать при изменении или тока, или напряжения, или того и другого. В зависимости от схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК) транзистор усиливает либо ток, либо напряжение, либо то и другое.

Схема с ОБ. В такой схеме значение тока коллектора близко к значению тока эмиттера, т. е. усиления по току не происходит. Однако в этом случае имеется усиление по напряжению и, следовательно, по мощности. Покажем это. В активном режиме коллекторный переход смещен в обратном направлении, его потенциальный барьер высок, поэтому инжекция дырок из коллектора в базу невозможна. Чтобы инжекция не происходила и при включении в коллекторную цепь резистора нагрузки с высоким сопротивлением R_K, необходимо, чтобы при этом не изменился знак потенциала коллектора.

Поскольку сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов, а также нагрузки включены последовательно и ток через них почти одинаков, небольшое изменение тока эмиттера вызовет небольшое изме­нение напряжения в эмиттерной цепи, тогда как в коллекторной цепи это изменение будет весьма значительным, если R_K велико. В этом случае напряжение, а следовательно, и мощность возрастут во много раз. В самом деле, изменение напряжения на эмиттере на ΔU_Э вызовет изме­нение эмиттерного тока на ΔI_Э = ΔU_Э/R_Э. Ток коллектора изменится практически на такое же значение: ΔI_K = ΔU_Э, а напряжение на нагрузке изменится на ΔU_K = R_KΔI_K ≈ R_KΔI_Э. Если подставить в ΔU_К значение ΔI_Э, то ΔU_K = R_KΔU_Э/R_Э, откуда видно, что приращение напряжения на R_K больше приращения напряжения в эмиттерной цепи в R

K/R_Э раз. А так как R_K >> R_Э, то ΔU_К >> ΔU_Э.

Приращение входной мощности ΔР_ВХ = R_ЭΔI_Э², а приращение выходной мощности ΔР_вых = R_KΔI_K² ≈ R_KΔI_Э² = R_K*ΔP_вх/R_Э, т. е. оно больше ΔР_вх в R_K/R_Э раз. Следовательно, ΔP_вых >> ΔP_вх.

При работе транзистора в усилительном режиме на его вход по­дается переменный сигнал, который нужно усилить. Напряжение источника питания постоянно, но переменное напряжение, подаваемое на коллектор (даже малое), приводит к большим изменениям (колеба­ниям) переменного напряжения сигнала на резисторе R_K, т. е. в схеме происходит усиление малого переменного входного сигнала.

Схема с ОЭ

. Здесь происходит усиление и по току, и по напря­жению. Входным током является ток базы, значительно меньший тока эмиттера. Изменяя входное напряжение, меняем высоту потенциального барьера и число основных носителей заряда эмиттера через базу и соответственно через коллектор. Так как в базу от источника поступает меньше носителей, чем инжектируется из эмиттера в базу и коллектор, то незначительное увеличение тока во входной цепи вызывает сущест­венное изменение тока в выходной цепи.

Таким образом, транзистор, включенный по схеме с ОЭ, характе­ризуется большим усилением по току. При этом имеется и усиление по напряжению: так как выходное сопротивление велико, в цепь коллектора можно включить резистор R_K с большим сопротивлением, напряжение на котором будет больше, чем входное. Соответственно происходит и усиление по мощности.

В схеме с ОК происходит усиление по току и по мощности, усиления по напряжению нет.

Статический коэффициент — передача — ток

Статический коэффициент — передача — ток

Cтраница 1

Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером / 121э при И к Б — 5 В в зависимости от тока эмиттера / э в соответствии со справочными данными [8] приведен ниже.  [1]

Статический коэффициент передачи тока Ь21э характеризует усилительные свойства транзистора. Статическим его называют потому, что этот параметр измеряют при неизменных напряжениях на его электродах и неизменных токах в его цепях. Большая ( заглавная) буква Э в этом выражении указывает на то, что при измерении транзистор включают по схеме ОЭ. Коэффициент Ь21э характеризуется отношением постоянного тока коллектора к постоянному току базы при заданных постоянном обратном напряжении коллектор-эмиттер и токе эмиттера.  [2]

Статический коэффициент передачи тока составного транзис-стора

Л21С ориентировочно можно считать равным произведению коэффициентов передачи тока составляющих его транзисторов. Составной транзистор дает большой эффект лишь при включении его с общим коллектором или общим эмиттером; с общей базой его усиление мало отличается от усиления одиночного транзистора ( так как Л21б1) и не используется.  [3]

Зависимость статического коэффициента передачи тока от температуры ког / пуса.  [4]

Зависимость относительного статического коэффициента передачи тока от тока коллек — тора.  [5]

Для измерения статического коэффициента передачи тока необходимо поместить пластину с р — / г-переходами на столик приспособления и опустить иглы зонда на контактные площадки р-п-пе-рехода.  [6]

При измерении статического коэффициента передачи тока

п2) Э в цепи базы испытуемого транзистора переменными резисторами R4 и R5 устанавливают определенный ток 1Б: 25, 50 или 100 мкА на пределе 0 1 мА для маломощных и 0 5, 1 мА на пределе 1 мА для мощных транзисторов. Ток в цепи коллектора 1К измеряют на пределе 1К10 мА для маломощных и на пределе 1К100 мА для мощных транзисторов. Максимальные значения статического коэффициента передачи тока будут соответственно равны 400, 200, 100 для маломощных и 200, 100 для мощных транзисторов.  [8]

Что называют статическим коэффициентом передачи тока биполярного транзистора.  [9]

Приняв минимальное значение статического коэффициента передачи тока при большом сигнале Л21Э выбранного типа транзистора, с помощью формулы ( 5) проверяем соответствие транзистора по допустимой величине тока базы.  [10]

При этом значение статического коэффициента передачи тока в схеме с ОЭ не нормируется.  [11]

Так как величина статического коэффициента передачи тока эмиттера aN больше статического коэффициента передачи тока коллектора а, величина динамического сопротивления открытого транзистора в нормальном включении оказывается меньше, чем в инверсном.  [13]

Рассмотрим пример расчета статического коэффициента передачи тока дрейфового транзистора.  [15]

Страницы:      1    2    3    4

Определить коэффициент передачи тока биполярного транзистора

Итак, для улучшения работы транзистора необходимо стремиться к тому, чтобы коэффициенты γ и β_n были близки к единице. Однако их нельзя измерить, а можно только рассчитать теоретически. Поэтому для расчетов вводят

коэффициент передачи тока эмиттера (статический)

(17.8)

где I_Kр – дырочный ток коллектора, I_Э — ток эмиттера. Этот коэффициент можно измерить, а его значение равно

Сучетом (17.8)

Из (17.9) видно, что, изменяя ток эмиттера, можно управлять током коллектора.

При работе транзистора на переменном токе вводят понятие диф­ференциального коэффициента усиления тока, который определяется через приращения токов входной и выходной цепей транзистора. Для схемы с ОБ дифференциальный коэффициент усиления тока

(17.11)

Если (17.9) продифференцировать по I_Э, то получим

Зависимость тока коллектора от тока эмиттера в активном режиме практически линейна, поэтому можно считать, что дифференциальный и статический коэффициенты усиления тока приблизительно равны. Если зависимость между коллекторным и эмиттерным токами нели­нейна, то α_ст ≠ α_диф.

17.6. Коэффициент передачи тока базы биполярного транзистора в схеме с оэ

В схеме с ОЭ входным является ток базы I_Б, а выходным — ток коллектора I_K. Определить коэффициент передачи тока базы можно из соотношения I_К = α_стI_Э + I_Ко, если подставить в него I_Э=I_Б+I_К. Тогда откуда

— статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ, выраженный через статический коэффициент передачи тока эмиттера в схеме с ОБ;

(17.15)

— обратный ток коллекторного перехода в схеме с ОЭ. Значение β_ст можно получить из (17.13) и (17.15):

(17.16)

По аналогии с α_диф (17.11), дифференциальный коэффициент передачи тока базы

(17.17)

Из уравнения (17.13) имеем

(17.18)

Если (dβ_cт/dI_Б) = 0, то β_диф = β_ст. В дальнейшем будем считать β_ст = β_диф = β. Коэффициент β является важнейшим параметром тран­зисторов.

Из уравнения (17.14) следует, что схема с ОЭ обеспечивает большое усиление по току. Так, если α = 0,985, то β = 66; при α = 0,990 β = 99.

17.7. Усилительные свойства биполярного транзистора

Биполярный транзистор обладает свойством усиливать электрический входной сигнал, благодаря чему его можно использовать в качестве активного элемента. Под усилением сигнала обычно подразумевается усиление мощности полезного сигнала, которое можно наблюдать при изменении или тока, или напряжения, или того и другого. В зависимости от схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК) транзистор усиливает либо ток, либо напряжение, либо то и другое.

Схема с ОБ. В такой схеме значение тока коллектора близко к значению тока эмиттера, т. е. усиления по току не происходит. Однако в этом случае имеется усиление по напряжению и, следовательно, по мощности. Покажем это. В активном режиме коллекторный переход смещен в обратном направлении, его потенциальный барьер высок, поэтому инжекция дырок из коллектора в базу невозможна. Чтобы инжекция не происходила и при включении в коллекторную цепь резистора нагрузки с высоким сопротивлением R_K, необходимо, чтобы при этом не изменился знак потенциала коллектора.

Поскольку сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов, а также нагрузки включены последовательно и ток через них почти одинаков, небольшое изменение тока эмиттера вызовет небольшое изме­нение напряжения в эмиттерной цепи, тогда как в коллекторной цепи это изменение будет весьма значительным, если R_K велико. В этом случае напряжение, а следовательно, и мощность возрастут во много раз. В самом деле, изменение напряжения на эмиттере на ΔU_Э вызовет изме­нение эмиттерного тока на ΔI_Э = ΔU_Э/R_Э. Ток коллектора изменится практически на такое же значение: ΔI_K = ΔU_Э, а напряжение на нагрузке изменится на ΔU_K = R_KΔI_K ≈ R_KΔI_Э. Если подставить в ΔU_К значение ΔI_Э, то ΔU_K = R_KΔU_Э/R_Э, откуда видно, что приращение напряжения на R_K больше приращения напряжения в эмиттерной цепи в R_K/R_Э раз. А так как R_K >> R_Э, то ΔU_К >> ΔU_Э.

При работе транзистора в усилительном режиме на его вход по­дается переменный сигнал, который нужно усилить. Напряжение источника питания постоянно, но переменное напряжение, подаваемое на коллектор (даже малое), приводит к большим изменениям (колеба­ниям) переменного напряжения сигнала на резисторе R_K, т. е. в схеме происходит усиление малого переменного входного сигнала.

Схема с ОЭ. Здесь происходит усиление и по току, и по напря­жению. Входным током является ток базы, значительно меньший тока эмиттера. Изменяя входное напряжение, меняем высоту потенциального барьера и число основных носителей заряда эмиттера через базу и соответственно через коллектор. Так как в базу от источника поступает меньше носителей, чем инжектируется из эмиттера в базу и коллектор, то незначительное увеличение тока во входной цепи вызывает сущест­венное изменение тока в выходной цепи.

Таким образом, транзистор, включенный по схеме с ОЭ, характе­ризуется большим усилением по току. При этом имеется и усиление по напряжению: так как выходное сопротивление велико, в цепь коллектора можно включить резистор R_K с большим сопротивлением, напряжение на котором будет больше, чем входное. Соответственно происходит и усиление по мощности.

В схеме с ОК происходит усиление по току и по мощности, усиления по напряжению нет.

Общие вопросы. Устройство, режимы работы транзисторов

Биполярный транзистор — это электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, имеющий три или более выводов. Термин «биполярный» в названии этих транзисторов отражает тот факт, что процессы в них определяются движением носителей заряда обоих знаков (электронов и дырок). В основе работы биполярных транзисторов лежит инжекция через р—п-переход неосновных носителей, заряд которых компенсируется основными носителями.

Рис. 4.1

Принципиальная структура биполярного транзистора включает три полупроводниковых области л—р—л- (рис. 4.1, а) или р—л—р типа (рис. 4.1, б), которые соответственно называются эмиттером, базой и коллектором. Так, р—л-переход между эмиттером и базой (/) называется эмиттерным, а между базой и коллектором (2) — коллекторным (см. рис. 4.1, а, б). Помимо структуры транзисторов, на рис. 4.1 (внизу) приведены и их условные обозначения в схемах, где стрелка указывает направление тока при прямом смещении эмиттерного и обратном смещении коллекторного р—л перехода.

Возможны три схемы включения биполярных транзисторов: с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. На рис. 4.2 показаны две из них. Направления токов и полярности напряжений соответствуют нормальным условиям работы (активному режиму) т. е. прямому смещению эмиттерного р—л-пе- рехода и обратному смещению коллекторного перехода. Кроме этого режима возможна работа транзистора еще в трех режи-

Рис. 4.2

мах: отсечки, двойной инжекции или насыщения и инверсном. В режиме отсечки оба перехода смещены в обратном направлении, в режиме двойной инжекции на оба перехода поданы прямые напряжения; в инверсном режиме коллекторный переход смещен в прямом, а эмиттерный — в обратном направлении.

По конструктивным особенностям и технологии изготовления биполярные транзисторы могут быть эпитаксиально-планарными, планарными, диффузионными, диффузионно-сплавными, сплавными и т. д.

В настоящее время транзисторы изготавливаются преимущественно из кремния. На рис. 4.3, а представлена полупроводниковая структура кремниевого эпитаксиально-планарного транзистора, характерная для большинства дискретных транзисторов.

На поверхности полупроводниковой пластины формируется тонкий диэлектрический слой вЮ. Сильнолегированная подложка л’ -типа (1) вместе со слаболегированным эпитаксиальным слоем л типа (2) толщиной XV_эп – 10 мкм образуют коллекторную область. Области базы р типа (3) и эмиттера л’ типа (4) (рис._дП — концентрация доноров в эмиттере, акцепторов в базе, доноров в коллекторе и подложке соответственно. Толщина базы XV _Б современных маломощных высокочастотных транзисторов составляет 0,2. 1 мкм.

Рис. 4.3

Физические процессы в нормальном активном режиме.

Коэффициенты передачи тока

В активном режиме, который является наиболее распространенным, особенно для усилительных схем, эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.

Рассмотрим транзистор р—п—р-типа. (Хотя на практике чаще используют п—р—/г транзисторы, дальнейшее рассмотрение будем проводить на основе р—л—р транзисторов, так как для них направление движения дырок совпадает с направлением тока, что облегчает понимание.) В этом случае дырки, инжектированные из эмиттера в базу, движутся к коллекторному переходу. Инжекцией электронов из базы в эмиттер можно пренебречь, поскольку концентрация примесей в эмиатерной области, как правило, много больше, чем в базовой. Движение инжектированных носителей через базу обусловлено как диффузией, так и дрейфом носителей. Диффузия вызвана повышением концентрации носителей из-за их инжекции в базу около эмиттерного перехода. В области, примыкающей к коллекторному переходу, под действием обратного напряжения происходит экстракция дырок. Дрейфовое движение вызвано внутренним электрическим полем в базе, возникающим из-за неравномерного распределения в ней примеси. Такие транзисторы с неоднородно легированной базой, в которой дрейфовое движение играет значительную роль, называют дрейфовыми.

Возникновение внутреннего поля можно проиллюстрировать схемой на рис. 4.4, где представлено распределение доноров в л базе, аналогичное показанному на рис. 4.3, б. Неравномерное распределение примеси в базе, а, следовательно, и основных носителей, поскольку при комнатной температуре вся примесь ионизована, вызывает диффузию электронов в направлении

коллектора. Из-за ухода электронов в базе со стороны эмиттерного перехода образуется избыточный не скомпенсированный заряд ионов доноров, обозначенный на рис._внухр, которое будет ускоряющим для инжектированных из эмиттера дырок. Инжектированные дырки, пройдя область базы, будут втягиваться в коллектор ускоряющим электрическим полем. Часть инжектированных дырок при их движении к коллектору будет рекомбинировать в области базы, образуя базовый ток. Число рекомбинировавших носителей невелико, поскольку толщина базы мала по сравнению с диффузионной длиной дырок. В результате токи эмиттера /_э и коллектора /_к различаются незначительно и их разность равна току базы /_Б, т. е. I_Б = /_э – Лс* Коллекторный ток очень слабо зависит от напряжения на коллекторном переходе, поскольку при любом обратном напряжении все дырки, дошедшие до коллекторного перехода, ускоряются его полем и уносятся в коллектор. Направление токов можно проследить по схеме на рис. 4.2.

Слабое влияние коллекторного напряжения на коллекторный ток приводит к тому, что дифференциальное сопротивление коллекторного перехода г_к = (Ш_КБ/(П_К очень велико, что характерно для р—п перехода, смещенного в обратном направлении.эрек* Из всех составляющих ток инжекции

дырок 1_Эр из эмиттера в базу определяет выходной коллекторный ток, и, следовательно, является полезным. Остальные две составляющие относятся к потерям, и их необходимо по возможности уменьшать. Полный ток коллектора /_к, помимо тока инжекции, учитывает ток рекомбинации в базе /_Брек и обратный ток коллекторного перехода /_КБ0, который не зависит от тока эмиттера. Рекомбинацию инжектированных носителей в базе учтем введением коэффициента а — статического коэффициента передачи тока эмиттера в схеме с общей базой (ОБ). В результате полный ток коллектора можно записать в форме

Из выражения (4.1) следует, что

В выражении (4.2) приближенное соотношение справедливо ДЛЯ рабочих ТОКОВ /_к, которые обычно МНОГО больше /_кво* Физически а определяется коэффициентами инжекции эмиттера у_э = /_э„//_э и переноса носителей через базу Х_Б = /_К//_Эр, т.кво/(1 — °0 ток /_Б = 0. Рабочие токи эмиттера значительно больше /_Кво/(1 ” °0″ тогда ток базы можно вычислить по формуле

В импульсных и цифровых интегральных схемах достаточно широко используется инверсный режим, когда в противоположность нормальному режиму роли эмиттера и коллектора меняют-

ся местами. В инверсном режиме коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный — в обратном. Входным током в схеме с ОБ будет коллекторный ток, а выходным — эмиттерный. Аналогично (4.1) для инверсного режима

где а₇ — инверсный коэффициент передачи тока, /_:)БО — обратный ток эмиттерного перехода при /_к = 0.

Из (4.5) следует, что

причем аналогично (4.2) а₇ = у_кА._Б7, г Д е 7к — коэффициент инжекции коллектора, Х_Б1 — инверсный коэффициент переноса.

Для большинства транзисторов a_t > а, поскольку коллекторный переход не обладает, в отличие от эмиттерного, свойством односторонней инжекции, так как концентрация примеси в коллекторной области много меньше, чем в эмиттерной (см. /_Эбо*

Рассмотренные коэффициенты передачи токов зависят от всех составляющих токов, протекающих во всех цепях транзистора, поэтому схи(3 будут изменяться как функции тока эмиттера, напряжения на коллекторе, температуры и т. д.

Предисловие

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.

Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h31. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.

Также параметрами биполярного транзистора являются:

• обратный ток коллектор-эмиттер
• время включения
• обратный ток колектора
• максимально допустимый ток

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Рассмотренный выше вариант представляет собой нормальный активный режим работы транзистора. Однако, есть еще несколько комбинаций открытости/закрытости p-n переходов, каждая из которых представляет отдельный режим работы транзистора.

1. Инверсный активный режим. Здесь открыт переход БК, а ЭБ наоборот закрыт. Усилительные свойства в этом режиме, естественно, хуже некуда, поэтому транзисторы в этом режиме используются очень редко.
2. Режим насыщения. Оба перехода открыты. Соответственно, основные носители заряда коллектора и эмиттера «бегут» в базу, где активно рекомбинируют с ее основными носителями. Из-за возникающей избыточности носителей заряда сопротивление базы и p-n переходов уменьшается. Поэтому цепь, содержащую транзистор в режиме насыщения можно считать короткозамкнутой, а сам этот радиоэлемент представлять в виде эквипотенциальной точки.
3. Режим отсечки. Оба перехода транзистора закрыты, т.е. ток основных носителей заряда между эмиттером и коллектором прекращается. Потоки неосновных носителей заряда создают только малые и неуправляемые тепловые токи переходов. Из-за бедности базы и переходов носителями зарядов, их сопротивление сильно возрастает. Поэтому часто считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.
4. Барьерный режим В этом режиме база напрямую или через малое сопротивление замкнута с коллектором. Также в коллекторную или эмиттерную цепь включают резистор, который задает ток через транзистор. Таким образом получается эквивалент схемы диода с последовательно включенным сопротивлением. Этот режим очень полезный, так как позволяет схеме работать практически на любой частоте, в большом диапазоне температур и нетребователен к параметрам транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.

Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

ИЗМЕРИТЕЛЬ КОЭФФИЦИЕНТА ПЕРЕДАЧИ ТОКА БАЗЫ ТРАНЗИСТОРОВ

Подобрать пару транзисторов с близкими статическими коэффициентами пе­редачи тока или просто измерить этот коэффициент вам поможет простая при­ставка к авометру, о которой рассказывается в этой статье.

Как известно коэффициент передачи тока базы (далее — просто коэффициент передачи) транзис­тора равен отношению тока коллектора 1_к к току базы _Б:

Рис. 2

Вместо диодной сборки VD1 допустимо использовать любые маломощные вып­рямительные диоды, а вместо VD2 — диоды с максимальным выпрямленным током не менее 1 А. Поскольку пределы изменения тока коллектора испытуемого транзи­стора могут лежать в широких пределах, то в качестве миллиамперметра целе­сообразно использовать многопредельный прибор, например, любой авометр (Ц20-05 и т. п.). Источник питания — любой даже нестабилизированный, обеспечи­вающий ток нагрузки до 1 А.

Налаживание прибора сводится к установке нужных значений тока базы подбо­ром резисторов R1-R6. Для этого к гнездам Х1 и ХЗ или Х4 и Х6 (в зависимости от положения подвижных контактов переключателя SA2) подключают миллиампер­метр. В положении «п-р-п» переключателя SA3 плюсовой щуп миллиамперметра должен быть подключен к «базовому» гнезду, а минусовый — к змиттерному. Начинают налаживание при установке подвижного контакта переключателя SA1 в положение «5 мА». Если миллиамперметр показывает меньший ток и увеличить его не удается даже при замыкании резистора R6, придется подобрать другой эк­земпляр транзистора VT1. Если нет возможности установить ток 1 мкА по прибору, резистор R1 нужно подобрать сопротивлением в 10 раз большим, чем R2. Это бу­дет соответствовать уменьшению тока в 10 раз.

Перед началом измерений надо поставить ручку переключателя SA1 в положе­ние, соответствующее минимальному току базы, чтобы предупредить выход из строя проверяемого транзистора. Предел измерения авометра, работающего в режиме миллиамперметра, должен соответствовать ожидаемому току коллекто­ра (в зависимости от подключенного к гнездам прибора типа транзистора). Пере­ключателем SA1 устанавливают ток коллектора, примерно равный половине мак­симально допустимого для транзистора.

Чтобы определить коэффициент передачи транзистора, надо измеренный мил­лиамперметром ток коллектора разделить на установленный переключателем SA1 ток базы.

Прибор можно использовать для проверки практически всех типов маломощ­ных, а также транзисторов средней мощности (КТ814, КТ815 и т. п.). Возможно уве­личение тока базы до 10 мА и более с целью измерения коэффициента передачи мощных транзисторов. В этом варианте придется применить полевой транзистор с большим начальным током стока, например, КП302Б, КП302Г.

Если подбирать пары транзисторов не предполагается, то гнезда Х4-Х6 и пере­ключатель SA2 можно не устанавливать.

Для увеличения точности измерений можно использовать переключатель SA1 с большим числом положений и ввести промежуточные значения тока базы, например, 2, 5, 20 и 50 мкА.

Журнал «Радио»,1997,№1, с. 38

Источник: Измерительные пробники. Сост. А. А. Халоян.— М.: ИП РадиоСофт, ЗАО «Журнал «Радио», 2003.— 244 с: ил.— (Радиобиблиотечка. Вып. 20)

Измеритель коэффициента передачи тока биполярных транзисторов

Мостовая схема (рис.1) является основой измерителя коэффициентов передачи тока биполярных транзисторов [1]. Как только мостовая схема устанавливается в равновесие, светятся оба светодиода. В противном случае светится только один светодиод, чтобы показать, в каком направлении нужно вращать потенциометр R2.

Рис. 1. Схема измерителя коэффициента передачи тока биполярных транзисторов.

Положение рабочей точки характеристики определяется напряжением на коллекторе измеряемого транзистора VTх. Если его коллекторный ток равен 2,25 мА, то через открывшиеся транзисторы VT1, VT2 включаются оба светодиода.

Теперь следует определить ток базы транзистора для того, чтобы вычислить значение коэффициента передачи по току путем деления коллекторного тока 1к на ток базы 1б. Требуемый ток базы устанавливают с помощью R2, который можно легко прокалибровать. Соответствующий образец шкалы измерителя показан на рис.2.

Рис. 2. Образец шкалы измерителя.

Таким образом, чем меньше ток базы, необходимый для получения коллекторного тока 2,25 мА, тем на меньший угол нужно повернуть ось потенциометра.

Отсюда следует, что большие значения коэффициентов усиления по току расположены в левой части шкалы, а малые — правее. С помощью R2 также можно изменять напряжение от 0,5 до 4,5 В, которое обусловливает протекание устанавливаемого за счет резисторов R4 и R5 тока 1б через базу испытуемого образца.

Резистор R1 позволяет использовать весь регулировочный диапазон включенного в мостовую схему потенциометра. Без этого подстроечного резистора первые 0,5 В использовались бы для протекания тока через транзистор. Диоды VD1, VD2 компенсируют температурную зависимость напряжения между базой и эмиттером VTх.

При настройке схемы прежде всего с помощью R2 устанавливают максимальный коэффициент передачи по току. Затем за счет регулировки подстроечного резистора добиваются, чтобы напряжение между точками А и В было 1,1 В. Теперь можно измерить коэффициент передачи по току биполярных транзисторов с погрешностью менее 10%, а подбор пар — с гораздо более высокой точностью.

Рис. 3. Печатная плата и монтажная схема прибора.

На рис.3 изображены печатная плата и монтажная схема прибора.

А теперь о замене. VT1, VT2 можно заменить на КТ3102В, VD1, VD2 — на КД521А, КД106А, КД503А, КД522; VD3, VD4 — на АЛ336В, АЛ307ВМ и другие.

Автор:  А.В. Артемчук, Киевская обл. Украина.

Литература:

1. Крибель X. Схемы любительских электронных устройств -М.: Энергоатомиздат, 1992.
2. Партала О.Н. Радиокомпоненты и материалы: Справ.- К.: Радиоаматор; -М.: КУбКА-а, 1999.

Дифференциальный коэффициент передачи тока базы транзистора

Рассмотренный нами в предыдущем разделе статический коэффициент передачи тока базы h_21E является наиболее универсальным параметром транзистора. Но часто транзисторы используются для работы в усилительном режиме, где надо использовать дифференциальный коэффициент передачи тока h_21e:

, (91)

где i_K и i_Б — переменные составляющие полных токов коллектора и базы соответственно.

Между статическим и дифференциальным коэффициентами передачи тока существует жесткая связь.

Установим связь дифференциального и статического коэффициентов передачи. Для этого запишем выражение для обратного дифференциального коэффициента передачи тока:

. (92)

Проанализируем каждое слагаемое в отдельности. Начнем с рекомбинационных потерь в объемном заряде эмиттерного перехода. Для этого данное слагаемое преобразуем следующим образом:

. (93)

Далее вспомним, что ток J_ЭП описывается выражением (67), а ток коллектора — выражением (13). Дифференцируя эти токи по напряжению и подставляя полученный результат в (93), получим:

. (94)

Иначе говоря, дифференциальные рекомбинационные потери в эмиттерном переходе меньше статических в n_v раз.

Поскольку формула, описывающая составляющую базового тока, идущую на поддержание рекомбинации на поверхности пассивной базы и в зоне выхода на поверхность эмиттерного перехода, имеет аналогичную структуру, то по аналогии можем сразу написать, что дифференциальные рекомбинационные потери на поверхности меньше статических в n_S раз:

. (95)

Для дифференциальных рекомбинационных потерь в эмиттере нетрудно видеть, что они равны статическим:

, (96)

независимо от того «толстый» эмиттер или «тонкий».

Значительно сложнее дело обстоит с потерями в активной и пассивной базах транзистора. Действительно, для активной базы имеем:

. (97)

Используя теорему о среднем, выражение (97) можно преобразовать к виду

(98)

Если среднее значение времени жизни в активной базе не зависит от уровня инжекции, т.е. если , то получается очень просто:

. (99)

Но , вообще говоря, зависит от уровня инжекции, т.е. зависит от V_ЭБ.

Тогда

, (100)

где второе слагаемое полностью совпадает со статическими рекомбинационными потерями в активной базе. Соответственно (100) можно переписать в виде

.(101)

Поскольку, как правило, с ростом уровня инжекции (т.е. с ростом V_ЭБ) время жизни неравновесных носителей заряда растет, то второе слагаемое в (101) меньше нуля. Таким образом, можно записать, что

. (102)

Аналогичные рассуждения применимы и для пассивной базы. Поэтому

. (103)

Суммируя вышеизложенное, получим для обратной величины дифференциального низкочастотного коэффициента передачи тока выражение:

. (104)

Практически поправки D_А и D_П много меньше единицы, поэтому основное отличие дифференциального коэффициента передачи тока от статического наблюдается за счет различия рекомбинационных потерь в объемном заряде эмиттерного перехода и на поверхности.

Таким образом, можно утверждать, что обратное значение дифференциального коэффициента передачи тока равно обратному значению статического коэффициента передачи тока, деленному на некоторый коэффициент А:

, (105)

где А порядка 1,5.

Все вышеизложенное относится к низким частотам, таким, для которых, во-первых, период изменения сигнала существенно превышает время жизни неравновесных носителей заряда в базе транзистора и, во-вторых, емкостными токами через эмиттерный и коллекторный переходы можно пренебречь.

Цифровые микросхемы транзисторы.

Микросхемы ТТЛ (74…).

На рисунке показана схема самого распространенного логического элемента — основы микросхем серии К155 и ее зарубежного аналога — серии 74. Эти серии принято называть стандартными (СТТЛ). Логический элемент микросхем серии К155 имеет среднее быстродействие t_{зд,р,ср.}= 13 нс. и среднее значение тока потребления I_пот = 1,5…2 мА. Таким образом, энергия, затрачиваемая этим элементом на перенос одного бита информации, примерно 100 пДж.

Для обеспечения выходного напряжения высокого уровня U¹_вых. 2,5 В в схему на рисунке потребовалось добавить диод сдвига уровня VD4, падение напряжения на котором равно 0,7 В. Таким способом была реализована совместимость различных серий ТТЛ по логическим уровням. Микросхемы на основе инвертора, показанного на рисунке (серии К155, К555, К1533, К1531, К134, К131, К531), имеют очень большую номенклатуру и широко применяются.

Динамические параметры микросхем ТТЛ серии

ТТЛ серия		Параметр			Нагрузка
Российские	Зарубежные	Pпот. мВт.	tзд.р. нс	Эпот. пДж.	Cн. пФ.	Rн. кОм.
К155 КМ155	74	10	9	90	15	0,4
К134	74L	1	33	33	50	4
К131	74H	22	6	132	25	0,28
К555	74LS	2	9,5	19	15	2
К531	74S	19	3	57	15	0,28
К1533	74ALS	1,2	4	4,8	15	2
К1531	74F	4	3	12	15	0,28

При совместном использовании микросхем ТТЛ высокоскоростных, стандартных и микромощных следует учитывать, что микросхемы серии К531 дают увеличенный уровень помех по шинам питания из-за больших по силе и коротких по времени импульсов сквозного тока короткого замыкания выходных транзисторов логических элементов. При совместном применении микросхем серий К155 и К555 помехи невелики.

Взаимная нагрузочная способность логических элементов ТТЛ разных серий

Нагружаемый выход	Число входов-нагрузок из серий
	К555 (74LS)	К155 (74)	К531 (74S)
К155, КM155, (74)	40	10	8
К155, КM155, (74), буферная	60	30	24
К555 (74LS)	20	5	4
К555 (74LS), буферная	60	15	12
К531 (74S)	50	12	10
К531 (74S), буферная	150	37	30

Выходы однокристальных, т. е. расположенных в одном корпусе, логических элементов ТТЛ, можно соединять вместе. При этом надо учитывать, что импульсная помеха от сквозного тока по проводу питания пропорционально возрастет. Реально на печатной плате остаются неиспользованные входы и даже микросхемы (часто их специально «закладывают про запас») Такие входы логического элемента можно соединять вместе, при этом ток I^o_вх. не увеличивается. Как правило, микросхемы ТТЛ с логическими функциями И, ИЛИ потребляют от источников питании меньшие токи, если на всех входах присутствуют напряжения низкого уровня. Из-за этого входы таких неиспользуемых элементов ТТЛ следует заземлять.

Статические параметры микросхем ТТЛ

Параметр	Условия измерения	К155			К555			К531			К1531
		Мин.	Тип.	Макс.	Мин.	Тип.	Макс.	Мин.	Тип.	Макс.	Мин.	Макс.
U1вх, В схема	U1вх или U0вх Присутствуют на всех входах	2			2			2			2
U0вх, В схема				0,8			0,8			0,8
U0вых, В схема	Uи.п.= 4,5 В			0,4		0,35	0,5			0,5		0,5
		I0вых= 16 мА			I0вых= 8 мА			I0вых= 20 мА
U1вых, В схема	Uи.п.= 4,5 В	2,4	3,5		2,7	3,4		2,7	3,4			2,7
		I1вых= -0,8 мА			I1вых= -0,4 мА			I1вых= -1 мА
I1вых, мкА с ОК схема	U1и.п.= 4,5 В, U1вых=5,5 В			250			100			250
I1вых, мкА Состояние Z схема	U1и.п.= 5,5 В, U1вых= 2,4 В на входе разрешения Е1 Uвх= 2 В			40			20			50
I0вых, мкА Состояние Z схема	U1и.п.= 5,5 В, Uвых= 0,4 В, Uвх= 2 В			-40			-20			-50
I1вх, мкА схема	U1и.п.= 5,5 В, U1вх= 2,7 В			40			20			50		20
I1вх, max, мА	U1и.п.= 5,5 В, U1вх= 10 В			1			0,1			1		0,1
I0вх, мА схема	U1и.п.= 5,5 В, U0вх= 0,4 В			-1,6			-0,4			-2,0		-0,6
Iк.з., мА	U1и.п.= 5,5 В, U0вых= 0 В	-18		-55			-100			-100	-60	-150

Транзистор

A имеет базовый ток 1 мА и физический класс эмиттера 12 CBSE

Подсказка: В этом вопросе нам дали ток эмиттера, также известный как входной ток и базовый ток, и попросили рассчитать коэффициент передачи тока. Мы знаем, что коэффициент передачи тока — это отношение выходного тока к входному. Поэтому мы будем рассчитывать выходной ток, также известный как ток коллектора, с использованием заданных значений. Затем мы будем использовать это для расчета текущего коэффициента передачи.

Используемая формула:
\ [{{I} _ {e}} = {{I} _ {c}} + {{I} _ {b}} \]
Где,
\ [{{I} _ {c}} \] = выходной ток или ток коллектора
\ [{{I} _ {e}} \] = ток эмиттера или входной ток
\ [{{I} _ {b}} \] = базовый ток
\ [\ dfrac {{{I} _ {c}}} {{{I} _ {e}}} \] для отношения.

Полный ответ:
Транзистор — это полупроводниковое устройство, которое используется для усиления тока или включения или выключения электроэнергии. Транзистор имеет три вывода, а именно вывод коллектора, вывод базы и вывод эмиттера, как показано на рисунке.Коллекторный ток в транзисторе — это усиленный выходной ток. В то время как ток эмиттера складывается из тока базы и тока коллектора.

Следовательно, мы можем сказать, что
\ [{{I} _ {e}} = {{I} _ {c}} + {{I} _ {b}} \]
Нам присвоено значение эмиттера ток = 100 мА и базовый ток = 1 мА
Следовательно, решение для тока коллектора
\ [{{I} _ {c}} = {{I} _ {e}} — {{I} _ {b}} \]
После подстановки значений
Получаем,
\ [{{I} _ {c}} = 100-1 \]
Следовательно,
\ [{{I} _ {c}} \] = 99 мА ………….(1)
Теперь, взяв коэффициент \ [\ dfrac {{{I} _ {c}}} {{{I} _ {e}}} \], чтобы рассчитать текущий коэффициент передачи.
Получаем,
\ [\ dfrac {{{I} _ {c}}} {{{I} _ {e}}} \] = \ [\ dfrac {99} {100} \] ………… … .. (из уравнения 1)
Следовательно,
\ [\ dfrac {{{I} _ {c}}} {{{I} _ {e}}} \] = 0.99

Итак, правильный ответ это «Вариант Б».

Примечание:
Вывод коллектора транзистора является положительным, а вывод эмиттера — отрицательным. Вывод базы — это вывод, ответственный за активацию транзистора.Название транзистор является своего рода аббревиатурой от переводного резистора. Это означает, что сопротивление передается по каналам транзистора. Это также принцип работы транзистора.

Оптопары, Часть 2: Параметры и применение FAQ

В Части 1 этого FAQ были изучены основы оптопары. В этой части рассматриваются ключевые параметры и некоторые примеры применения.

Q: Какие основные факторы используются при оценке оптопары?

A: Хотя существует множество важных факторов, следует отметить несколько: изоляция, коэффициент передачи тока (CTR), линейность (для аналогового использования) и скорость.

В: Какую степень изоляции может обеспечить оптопара?

A: Это зависит от устройства, но типичная изоляция составляет> 1000 В, и доступно> 2000 В. Изоляция является функцией физического разделения входов / выходов (особенно размеров пути утечки и зазоров) и используемого материала и определяется в значительной степени отраслевыми и нормативными стандартами, такими как IEC 60601-01 или UL 1577. Хотя для многих приложений требуется лишь умеренная изоляция, на порядка десятков вольт, многие из них нуждаются в сотнях и тысячах вольт.

Существуют нормативные стандарты, по которым оптопары могут быть сертифицированы, что позволяет использовать их в конструкциях, критичных к безопасности, таких как разделение функций цепей высокого и низкого напряжения; если используется утвержденное устройство, многие (но не все) тесты конечного продукта и документы для окончательного утверждения не требуются.

Q: Какое значение имеет коэффициент передачи тока и почему это важно?

A: Проще говоря, CTR указывает на эффективность оптопары.Если CTR низкий, то на стороне входа потребуется больше тока, подаваемого на светодиод, чтобы создать достаточный ток на фототранзисторе для выходной нагрузки. Более высокий CTR также обеспечивает некоторый запас по вводу / выводу по мере старения светодиода. CTR колеблется от 50% до 400%, Рисунок 1 (помните, что оптопара является активным устройством и имеет усиление из-за бета-излучения фототранзистора. Также обратите внимание, что CTR не является постоянной величиной, а зависит от входной ток светодиода.

Рис. 1. Коэффициент передачи тока оптопары охватывает широкий диапазон, в зависимости от производителя и конкретной модели, а также является функцией самого входного тока светодиода.(Источник изображения: Renesas Electronics Corp.)

В: А как насчет линейности оптопары?

A: Поскольку фототранзистор является транзистором, если он правильно смещен и работает в своем линейном диапазоне, он может поддерживать передаточную функцию линейного входа / выхода, если только он не находится в областях отсечки или насыщения. Оптопары, разработанные для приложений SSR, спроектированы и смещены таким образом, чтобы быть нелинейными, но добиться хорошей линейности с помощью оптопары несложно; по этой причине они могут использоваться в качестве элемента обратной связи в изолированном стабилизаторе напряжения (источник питания).

Q: Какая скорость / полоса пропускания и время отклика достигаются оптоизолятором?

A: Многие приложения в основном работают с низкой пропускной способностью и низкой скоростью, например, для разделения заземлений или измерения напряжений на батареях, поэтому скорость не является проблемой. Однако в зависимости от специфики для изоляции сигналов цифровых каналов передачи данных может потребоваться большая скорость; поскольку скорости варьируются от медленных (I ² C, SPi, RS-232/423) до умеренных (шина CAN), до более высоких (USB 3.0) и даже до Ethernet (десятки Мбит / с).

Оптопары

Basic обычно имеют полосу пропускания более 10 МГц, а те, что рассчитаны на скорость, могут поддерживать скорость передачи данных 50, 100 и даже 200 Мбит / с. Во временной области время отклика между подачей импульса тока и выходом составляет порядка микросекунд, но это зависит от устройства, сопротивления нагрузки, температуры и других факторов.

Q: Какие типичные прикладные соединения для оптопар и обеспечиваемая ими изоляция?

A: Среди множества приложений — некоторые для удобства, а некоторые — обязательные — следующие:

— устранение синфазного напряжения из-за разности потенциалов земли, Рисунок 2 :

Рис. 2: Оптопара может использоваться для устранения синфазной разности потенциалов и разности потенциалов земли между двумя подключенными цепями (Источник изображения: SMEClabs)

— для сдвига уровня и изоляции заземления в драйверах с тотемным полюсом (или H-мостом), Рисунок 3 :

Рис. 3: В схемах управления транзисторами с тотемным полюсом и Н-мостом нагрузка (часто двигатель) и драйверы со стороны высокого и низкого уровня не заземлены, и поэтому должны быть изолированы от остальной схемы и системы управления. сигналы.(Источник изображения: Analog Devices)

— для интерфейсов датчиков, особенно там, где датчик не заземлен, Рис. 4 :

Рис. 4: Во многих приложениях датчика датчик не заземлен, что требует изоляции, или может быть технически выгодным усилить и оцифровать выходной сигнал датчика, а затем передать выходной сигнал аналого-цифрового преобразователя в систему через изолированный путь сигнала. (Источник изображения: Stack Exchange)

— для измерения напряжения на одной или группе последовательно соединенных батарей, когда измеряемая батарея или набор находится под очень высоким потенциалом относительно заземления системы, Рис. 5 :

Рис. 5. В последовательно соединенных батареях, например, в электромобилях, одна батарея или группа батарей может иметь низкое напряжение на своих выводах, равное только однозначным цифрам, но эта батарея или группа могут иметь потенциал в сотни вольт над системной землей; Изоляция необходима как для безопасности измерений, так и для точного измерения гораздо меньшего напряжения независимо от высокого синфазного напряжения.(Источник изображения: Analog Devices)

Q: Поскольку светодиод является устройством постоянного тока, как оптопара используется с сигналами переменного тока, такими как линии электропередач и диммеры ламп (лампы накаливания, светодиоды, CFL)?

A: для управления светодиодами оптопары можно использовать базовый двухполупериодный выпрямитель и умеренную фильтрацию с соответствующим масштабированием тока через базовый резистор или даже реальный источник тока, Рисунок 6 :

Рис.6: Можно использовать оптопару, что часто является обязательным при питании низковольтного источника света от линии переменного тока (особенно, если также используется схема диммирования), чтобы гарантировать, что линейное напряжение не появится на активной схеме, даже если есть это ошибка других компонентов.(Источник изображения: Fairchild / ON Semiconductor)

Вопрос: Много ли поставщиков оптопар?

A: Да, их десятки; некоторые из них являются поставщиками широкого ассортимента, которые предлагают несвязанные устройства, другие специализируются на оптронах, а некоторые даже предлагают «конкурирующие» технологии изоляции.

Ссылки

1. EE World, Power Electronic Tips, «Соленоиды и реле, часть 1»
2. EE World, Power Electronic Tips, «Соленоиды и реле, Часть 2»
3. EE World, «Гальваническая развязка для систем электромобилей»
4. EE World, «Технология электроизоляции в Silicon Labs»
5. EE World, «Почему изолированные цифровые входы заменяют оптопары в системах напряжением до 300 В»
6. EE World, «Выбор оптопары для изоляции ШИМ»
7. EE World, «Как земля и земля должны быть связаны друг с другом?»
8. EE World, «Пробои и зазоры в электронном оборудовании»
9. Renasas Electronics Corp., «Коэффициент передачи тока (CTR) и время отклика оптопар / оптопар»
10. Fairchild / ON Semiconductor, Указание по применению AN-3001, «Цепи входного привода оптопары»
11. Vishay Semiconductors, Примечание по применению 01, «Рекомендации по чтению паспорта оптопары»
12. Vishay Semiconductors, Application Note 02, «Оптопары и твердотельные реле: примеры применения»
13. California Eastern Laboratories, «Руководство по проектированию оптопар на основе приложений»
14. California Eastern Laboratories, «Руководство по выбору оптопар»
15. Блог Kynix Semiconductor Electronic, «Как работает оптопара и основы оптопары»
16. Elprocus, «Оптопары — типы и применение»

PS2733-2-E3, PS2733-2-E3 pdf 中文 资料, PS2733-2-E3 引脚 图, PS2733-2-E3 电路 -Datasheet- 电子 工程 世界

ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ

ВЫСОКИЙ КОЛЛЕКТОР К ЭМИТТЕРУ

НАПРЯЖЕНИЕ НАПРЯЖЕНИЕ ФОТОСОПЕР

ОСОБЕННОСТИ

• ВЫСОКОЕ НАПРЯЖЕНИЕ ИЗОЛЯЦИИ

БВ: 2.5 кВ

среднеквадр.

МИН

• ВЫСОКИЙ КОЛЛЕКТОР НА ЭМИТЕРНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ

В

Генеральный директор

: 300 В МИН .: PS2732-1, -2, -4

В

Генеральный директор

: 350 В МИН .: PS2733-1, -2, -4

• СОП (МАЛЕНЬКАЯ АППАРАТНАЯ ПАКЕТА)

• Сверхвысокий коэффициент передачи тока

CTR: 4000% TYP

• НОМЕР ИЗДЕЛИЯ ДЛЯ ЛЕНТЫ (только -1 тип)

ПС2732-1-Е3, Ф3

ПС2733-1-Е3, Ф3

ПС2732-1, -2, -4

ПС2733-1, -2, -4

ОПИСАНИЕ

PS2732 и PS2733 — изоляторы с оптической связью

, содержащий светоизлучающий диод на основе GaAs и кремний NPN

Фототранзистор с подключением Дарлингтона.Каждый установлен в

пластиковый СОП (Small Out-line Package) для приложений высокой плотности —

катионов.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Схема интерфейса для различных контрольно-измерительных приборов и управления

оборудования.

• ЗАМЕНА РЕЛЕ В ИМПУЛЬСНОМ НАБОРЕ

ЦЕПЬ

• ПРИЛОЖЕНИЯ ДЛЯ ЦЕПИ ВЫСОКОГО CTR

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

(Т

А

= 25 ° С)

НОМЕР ДЕТАЛИ

СИМВОЛЫ

В

F

ПАРАМЕТРЫ

прямое напряжение, I

F

= 10 мА

Обратный ток, В

R

= 5 В

Емкость перехода, V = 0, f = 1.0 МГц

Темновой ток от коллектора к эмиттеру, В

CE

= 300 В, I

F

= 0

Коэффициент передачи тока, I

F

= 1 мА, В

CE

= 2 В

Напряжение насыщения коллектора, I

F

= 1 мА, I

С

= 2 мА

Сопротивление изоляции, В

ВХОД-ВЫХОД

= 1,0 кВ

DC

Изоляционная емкость, V = 0, f = 1.0 MH

Z

Время нарастания

1

, В

CC

= 5 В, я

С =

10 мА, R

л

= 100

Ом

Время осени

1

, В

CC

= 5 В, я

С

= 10 мА, R

л

= 100

Ом

ЕДИНИЦ

В

мкА

пФ

нА

%

В

Ом

пФ

мкс

мкс

10

11

0.4

100

100

1500

4000

1,0

30

400

ПС2732-1, -2, -4, ПС2733-1, -2, -4

МИН

ТИП

1,15

МАКС

1,4

5

Диод

I

R

С

т

I

Генеральный директор

CTR

В

CE (сб)

Спаренная

Транзистор

R

1-2

С

1-2

т

r

т

f

Примечание:

1.Схема проверки времени переключения

ИМПУЛЬСНЫЙ ВХОД

В

CC

4 3

8 7 6 5

16 15 14 13 12 11 10 9

(

PW = 100

мкс

Рабочий цикл = 1/10

)

I

F

1

5

2

50

Ом

4

В

ВЫХ

1 2

ПС2732-1

ПС2733-1

1 2 3 4

ПС2732-2

ПС2733-2

1 2 3 4 5

6 7 8

R

л

= 100

Ом

ПС2732-4

ПС2733-4

Калифорния Восточные лаборатории

ПС2732-1, -2, -4, ПС2733-1, -2, -4

АБСОЛЮТНЫЕ МАКСИМАЛЬНЫЕ РЕЙТИНГИ

1

(Т

А

= 25 ° С)

СИМВОЛЫ

ПАРАМЕТРЫ

ЕДИНИЦ

РЕЙТИНГИ

ПС2732-1 ПС2732-2, -4

ПС2733-1 ПС2733-2, -4

6

50

80

1

6

50

80

1

Примечания:

1.Работа с превышением любого из этих параметров

может привести к необратимому повреждению.

2. Напряжение переменного тока в течение 1 минуты при T

А

= 25

° С,

RH = 60%

между входом и выходом.

Диод

В

R

I

F

-P

D

I

F (ПИК)

Транзистор

В

Генеральный директор

В

EBO

I

С

-P

С

Спаренная

BV

т

OP

т

СТГ

обратное напряжение

будущий ток

В

мА

Рассеиваемая мощность

мВт / канал

Пиковый прямой ток

А

(PW = 100

мкс,

Рабочий цикл 1%)

Напряжение коллектор-эмиттер

В

(I

С

= ImA, я

В

= 0)

Напряжение пробоя между эмиттером и базой

В

(I

E

= 100 мкА, I

В

= 0)

Ток коллектора

мА / канал

Рассеиваемая мощность

мВт / канал

Напряжение изоляции

2

Рабочая температура

Температура хранения

В

г.РС.

° С

° С

300/350

6

150

150

300/350

6

150

120

2500

-55 до +100

-55 до +150

° С)

РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬ МОЩНОСТИ ТРАНЗИСТОРА

в сравнении с ТЕМПЕРАТУРОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

200

ТИПОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

(Т

А

= 25

ДИОДНЫЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТИ vs.

ТЕМПЕРАТУРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

100

Рассеиваемая мощность на транзисторе, P

С

(мВт)

Рассеиваемая мощность на диоде, P

D

(мВт)

75

150

ПС2732-1

ПС2733-1

1,5 мВт / ˚C

100

ПС2732-2, -4

ПС2733-2, -4

1,2 мВт / ˚C

50

50

25

0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

Температура окружающей среды, Т

А

(° С)

FORWARD CURRENT vs.

ПЕРЕДНЕЕ НАПРЯЖЕНИЕ

100

т

А

= 100 ˚C

75 ˚C

50 ˚C

10

25 ˚C

0 ˚C

-25 ˚C

-55 ˚C

Температура окружающей среды, Т

А

(° С)

КОЛЛЕКЦИОННЫЙ ТОК

по сравнению с

КОЛЛЕКТОР НА ЭМИТТЕРА НАПРЯЖЕНИЯ

160

140

5 мА

4 мА

Ток коллектора, I

С

(мА)

прямой ток, I

F

(мА)

120

100

4.5 мА

3,5 мА

3 мА

2,5 мА

2 мА

1

80

60

40

1,5 мА

1 мА

0,1

I

F

= 0,5 мА

20

0,01

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

0

1

2

3

4

5

прямое напряжение, В

F

(В)

Напряжение коллектор-эмиттер, В

CE

(В)

ПС2732-1, -2, -4, ПС2733-1, -2, -4

ТИПОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

(Т

А

= 25

КОЛЛЕКТОР ДЛЯ ИЗЛУЧАТЕЛЯ ТЕМНЫЙ

CURRENT vs.ТЕМПЕРАТУРА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

° С)

КОЛЛЕКЦИОННЫЙ ТОК

по сравнению с

НАПРЯЖЕНИЕ НАСЫЩЕНИЯ КОЛЛЕКТОРА

1000

Темновой ток от коллектора к эмиттеру, I

Генеральный директор

(А)

10

мкм

В

CE

= 300 В

1

мкм

Ток коллектора, I

С

(мА)

100

I

F

= 5 мА

I

F

= 2 мА

I

F

= 1 мА

100 н

10

I

F

= 0.5 мА

10 н

1н

1

100 с.

-50

-25

0

25

50

75

100

0,1

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

1,1

1,2

Температура окружающей среды, Т

А

(° С)

НОРМАЛИЗИРОВАННЫЙ ВЫХОДНОЙ ТОК

в сравнении с ТЕМПЕРАТУРОЙ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

1.2

5000

Напряжение насыщения коллектора, В

CE

(

сб

) (В)

КОЭФФИЦИЕНТ ПЕРЕДАЧИ ТОКА (CTR)

по сравнению с ПРЯМЫМ ТОКОМ

В

CE

= 2 В

∆CTR,

Нормализованный выходной ток

Текущий коэффициент передачи, CTR (%)

1,0

Образец A

4000

Образец B

0,8

3000

0.6

2000

0,4 ​​

Нормализовано до 1.0

в T

А

= 25 ˚C

I

F

= 1 мА, В

CE

= 2 В

1000

0,2

0

-50

-25

0

25

50

75

100

0

0,1

0,5

1

5

10

20

Температура окружающей среды, Т

А

(° С)

ВРЕМЯ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ vs.

СОПРОТИВЛЕНИЕ НАГРУЗКЕ

300

В

CC

= 10 В, I

С

= 10 мА

Ширина импульса = 5 мс

Рабочий цикл = 1/2

т

r

0

прямой ток, I

F

(мА)

ЧАСТОТНЫЙ ОТВЕТ

100

50

т

д

Коэффициент усиления напряжения, А

В

(дБ)

10

Ом

100

Ом

Время переключения, т

(

мкс)

-5

-10

т

f

10

1 кОм

-15

-20

-25

-30

0.01

В

CE

= 4 В, я

С

= 10 мА

В

IN

= 0,1 В

п-п

1 кОм

1

мкФ

В

IN

47

Ом

R

л

В

ВЫХ

0,1

1

10

100

5

т

с

1

20

50

100

500

1к

2к

Сопротивление нагрузки, R

л

(Ом)

Частота, f (кГц)

ПС2732-1, -2, -4, ПС2733-1, -2, -4

ТИПОВЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

(Т

А

= 25

° С)

ДЕГРАДАЦИЯ CTR

1.2

I

F

= 1 мА

1,0

т

А

= 25 ˚C

∆CTR

нормализованный

0,8

т

А

= 60 ˚C

0,6

0,4 ​​

0,2

0

10

10

2

10

3

10

4

10

5

10

6

Время, грн

ГАБАРИТНЫЕ РАЗМЕРЫ

(единицы в мм)

ПС2732-1, ПС2733-1

КОНТАКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

(вид сверху)

3

4 3

4

8

ПС2732-2, ПС2733-2

КОНТАКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

5

(вид сверху)

8 7 6 5

1.

2.

3.

4.

Анод

Катод

Излучатель

Коллектор

1

4

9,3 МАКС

1 2

1. 3.

2. 4.

5. 7.

6. 8.

Анод

Катод

Излучатель

Коллектор

1 2 3 4

1

2,0 ​​

2,3 МАКС

0,1

±

0.1

2

7,0

±

0,3

4,4

0,15

-0,05

2,54 1,2 МАКС

0,4 ​​

+0,10

-0,05

0,5

±

0,3

+0,10

4,5 МАКС

1,3

2,3

МАКС

2,0 ​​

0,15

-0,05

2,54

0,4 ​​

-0,05

+0,10

+0.10

7,0

±

0,3

4,4

1,3

0,1

±

0,1

1,2 МАКС

0,5

±

0,3

ПС2732-4, ПС2733-4

16

9

КОНТАКТНОЕ СОЕДИНЕНИЕ

(вид сверху)

16 15 14 13 12 11 10 9

1 2 3 4 5

6 7 8

1, 3, 5, 7.

Анод

2, 4, 6, 8.

Катод

9, 11, 13, 15.Излучатель

10, 12, 14, 16. Коллектор

1

19,46 МАКС

2,0 ​​

2,3

МАКС

0,1

±

0,1

2,54

0,4 ​​

+0,10

-0,05

8

7,0

±

0,3

4,4

0,15

-0,05

1,2 МАКС

0,5

±

0,3

+0,10

1.3

ЭКСКЛЮЗИВНЫЙ АГЕНТ ДЛЯ СЕВЕРНОЙ АМЕРИКИ ДЛЯ

СВЧ, СВЧ- И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПОЛУПРОВОДНИКИ

КАЛИФОРНИЯ ВОСТОЧНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ

• Главный офис • 4590 Патрик Генри Драйв • Санта-Клара, Калифорния 95054-1817 • (408) 988-3500 • Телекс 34-6393 • Факс (408) 988-0279

Круглосуточный факс по запросу: 800-390-3232 (только для США и Канады) • Интернет: http://WWW.CEL.COM

26.07.2000

ДАННЫЕ МОГУТ БЫТЬ ИЗМЕНЕНЫ БЕЗ УВЕДОМЛЕНИЯ

.