Характеристики биполярных транзисторов: Характеристики биполярных транзисторов — Статьи об энергетике

Анализ частотных характеристик биполярного транзистора

Читайте также

Описание характеристик системы

Описание характеристик системы Еще одна роль службы контроля качества – применение дисциплины исследовательского тестирования[38] для описания характеристик истинного поведения работающей системы и передачи информации о нем группе разработки и бизнес-стороне. В этой

13.6.3 Согласование характеристик терминала 3270

13.6.3 Согласование характеристик терминала 3270 Аналогичный обмен происходит при установке эмуляции типа терминала IBM 3270. Показанный ниже диалог представляет согласование регистрации на хосте IBM VM с терминала 3270. В этом примере удаленный хост выводит на экран сведения для

Расчет смещения для германиевого транзистора

Расчет смещения для германиевого транзистора В качестве другого примера на рис. 3.3 показана схема смещения для германиевого pnp-транзистора с hFE=60 и VBE=-0,2 В. Значения параметров элементов схемы: RF=50 кОм; RE=50 Ом; RC=1 кОм и VCC=-12 В. Заменив транзистор моделью PSpice, мы получим схему

Встроенная модель биполярного транзистора

Встроенная модель биполярного транзистора В начальных главах мы не использовали при анализе транзисторных схем встроенную модель для плоскостного биполярного транзистора (BJT). Хотя одно из основных преимуществ PSpice заключается в широком диапазоне и многосторонности

Изменение параметров транзистора

Изменение параметров транзистора Транзистор Q2N2222 использовался в предыдущих примерах как типичный элемент, применяемый в реальных схемах. Если вы работаете в лаборатории с транзистором, коэффициент усиления которого hFE значительно меньше, можно изменить схему, чтобы

Изменение характеристик транзистора

Изменение характеристик транзистора В примере на рис. 10.13 коэффициент усиления BF-транзистора был установлен в команде описания модели:.MODEL BJT NPN(BF=80)Изменим в Capture это значение, возвратившись к схеме и выделив транзистор. Из главного меню выберем Edit, PSpice model. Когда на экране

Урок 5 Анализ частотных характеристик AC Sweep

Урок 5 Анализ частотных характеристик AC Sweep Изучив материал этого урока, вы узнаете, как с помощью анализа AC Sweep моделировать и графически представлять в программе-осциллографе PROBE частотные характеристики, а также провести линейное или логарифмическое форматирование

8.3.1. Упражнения по анализу частотных характеристик

8.3.1. Упражнения по анализу частотных характеристик  Загрузите на экран SCHEMATICS схему RLC_MIX1.sch, изображенную на рис. 5.19, если вы еще не удалили ее из папки Projects, либо начертите эту схему заново (рис. 8.18). Рис. 8.18. LC_НЧ_фильтр с крутизной фронта 12 дБ на октавуШаг 22 С помощью анализа

Урок № 96. Анализ счета и анализ субконто

Урок № 96. Анализ счета и анализ субконто Анализ счета также относится к числу популярных отчетов программы «1С». Чтобы сформировать этот отчет, нужно выполнить команду главного меню Отчеты | Анализ счета, затем в открывшемся окне указать отчетный период, счет и

2.6. Присваивание характеристик динамическим эффектам

2.6. Присваивание характеристик динамическим эффектам Постановка задачи Вероятно, вас устраивает стандартная физика, по умолчанию встроенная в динамические поведения из UIKit. Но при работе с элементами, которыми вы управляете с помощью динамических поведений, может

Просмотр характеристик класса

Просмотр характеристик класса Последняя страница Class Info диалоговой панели ClassWizard позволяет просмотреть основные характеристики класса, изменить фильтр сообщений Windows, изменить внешний класс и внешние переменные.Выберите из списка Class name имя интересующего вас класса. В

Сводная таблица характеристик узлов

Сводная таблица характеристик узлов Для удобства использования мы можем свести в одну таблицу (табл. 3.1) такие характеристики узлов, как строковое значение, локальная часть имени, пространство имен и так далее.Таблица 3.1. Характеристики различных типов узлов Тип

Измерение психологических характеристик

Измерение психологических характеристик Сказанное выше о методах измерения признаков почерка во многом относится и к измерению психологических характеристик. Их степень также меняется от О до 1, то есть от полного отсутствия до абсолютно явного присутствия. В сущности,

Улучшение характеристик работы SAP

2.4. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ (СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ) И ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛЕЙ

2.4. АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ К СИСТЕМЕ (СИСТЕМНЫЙ АНАЛИЗ) И ФОРМУЛИРОВКА ЦЕЛЕЙ Задача оптимизации разработки программ состоит в достижении целей при минимально возможной затрате ресурсов.Системный анализ в отличие от предварительного системного исследования — это

Статические характеристики биполярных транзисторов, h- параметры, схемы замещения транзисторов.

Параметры транзисторов являются величинами, характеризующими их свойства.

Все параметры можно разделить на собственные (первичные) и вторичные.

Собственные параметры характеризуют свойства самого транзистора независимо от схемы его включения. К ним относятся:

С учетом этих параметров транзистор, включенный по схеме с ОЭ, может быть представлен эквивалентной схемой.

Схема замещения:

Генератор тока отражает усилительные свойства схемы, а уменьшение коллекторного сопротивления на 1-α – тот факт, что к эмиттерному переходу прикладывается часть напряжения Uкэ.

Статическими характеристиками транзисторов называют графики, выражающие функциональную зависимость между токами и напряжениями транзистора.

Статическими характеристиками являются статический коэффициент передачи тока эмиттера α и статический коэффициент передачи тока базы β.

С точки зрения системы вторичных параметров транзистор рассматривают как некоторый четырехполюсник со следующей схемой замещения.

Эквивалентная схема с h-параметрами:

1) Входное сопротивление при коротко замкнутом выходе при , к.з. на выходе по переменному току, .

2)Коэффициент обратной связи по напряжению при х.х. на входе, . Этот коэффициент показывает, какая доля выходного переменного напряжения передается на вход транзистора вследствие отрицательной обратной связи в нем.

3) Усиление тока при к.з. на выходе по переменному току , при , .

Показывает коэффициент усиления переменного тока транзистором в режиме работы без нагрузки.

4) Выходная проводимость при х.х. на входе , при , – часто используют выходное сопротивление.

Представляет собой внутреннюю проводимость для переменного тока между выходными зажимами транзистора.

Транзисторный источник тока. Транзисторный источник тока с заземленной нагрузкой.

Транзисторный источник тока

Работает следующим образом: напряжение на базе Uб> 0,6 В поддерживает эмиттерный переход в открытом состоянии: Uэ = Uб — 0,6 В. В связи с этим Iэ = Uэ/Rэ = (Uэ — 0,6/Rэ). Так как для больших значений коэффициента h31эIэ ≈ Iк, то Iк≅ (Uб — 0,6 В)/Rэ независимо от напряжения Uк до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения (Uк>Uэ + 0.2 В).

Kuобщ.эмит.=Rк||Rн\R’э||R’’э+rэ0

Ku=Rк\rэ0=Rк\φ_Т \Ik=Rk*Ik\=Uп\2=20Uп, если Ukстремится 0, то Ik*Rk стрем Uп и Кumax=40Uп, увеличение Rк следоват уменьшение Iк, но произведение постоянно(Uп = const)

Каскад с ОЭ – напряжение на базе Uб=(Iб=0)=Uп*R2\R1+R2

Rвх=h31*Rэ=100кОм=16 мкА

Мы выбираем сопротивление делителя в 10 раз меньше, чем входное сопротивление усилителя. Независимо от R_н, ток на R_н будет равен 1мА.

Источник тока с заземленной нагрузкой.Рабочий диапазон

Используются для :

(1. задания неизменных режимов работы транзисторных каскадов, особенно в ОУ

2. в качестве эмиттерной нагрузки дифференциальных каскадов с целью их симметрирования

3. в качестве коллекторной нагрузки каскада с общим эмиттером с целью увеличения коэффициента усиления.)

При заданном I_к, U_бэ базы – эмиттер и h₂₁ эмиттер несколько изменяются при изменении U_кэ.Кроме того, они зависят от температуры F(t).

ΔU_бэ=-0.001ΔU_кэ – эффект Эрли.

Недостатки источников тока

2. Uбэ и коэффициент h31э зависят от температуры. Поэтому, при изменении температуры о. с.возникает дрейф Iвых. Кроме того, температура перехода изменяется при изменении Uнагр (в связи с изменением мощности, рассеиваемой транзистором) и приводит к тому, что источник работает не как идеальный.

10. Токовые зеркала (эффект Эрли). Недостатки. Применение.

Используются в качестве коллекторной нагрузки, дифференциальных усилителях и дифференциальных входных каскадов, операционных усилителях, что позволяет увеличивать их К_u даже в большей степени, чем при использовании коллекторной нагрузки источника тока.

Задавая Iк VT1 ,мы задаем U_бэ, а значит I_к. Если транзисторы одинаковые и находятся при одинаковой температуре (I_эо1=I_эо2), например на одном кристалле вблизи друг друга, то I_к1 будет равен I_к2.

Недостатки:

Зависимость от температуры и Эффект Эрли.

Можно уменьшить эффект Эрли введением в эмиттерную цепь R, осуществляющее местную связь ООС, либо использование токового зеркала Уилсона.

Благодаря VT3, U_кVT1 фиксирован и на 2U_бэ меньше U_пит, что позволяет подавить эффект ЭрлиVT1. VT3 передает выходной ток нагрузке.VT3 включен по схеме с ОБ.

Используется: для задания и использования требуемых режимов работы усилительных каскадов, в том числе в ОУ, в частности в качестве коллекторной нагрузки ДУ, что позволяет увеличить их коэффициент усиления больше, чем при использовании источников тока.

11.Отражатели тока.

Используются для задания и стабилизации режимов работы каскадов ОУ.

Токовые зеркала используются:-в качестве кол-ной нагрузки

принцип действия и режим их работы, схемы включения и способы проверки на работоспособность

Принцип работы обоих типов транзисторов похож на работу водяного крана, который регулирует водяной поток, только через транзистор проходит поток электронов. У биполярных транзисторов через прибор проходят два тока — основной «большой» ток, и управляющий «маленький» ток. Мощность основного тока зависит от мощности управляющего. У полевых транзисторов через прибор проходит только один ток, мощность которого зависит от электромагнитного поля. В данной статье рассмотрим подробнее работу биполярного транзистора.

Устройство биполярного транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трех слоев полупроводника и двух PN-переходов. Различают PNP и NPN транзисторы по типу чередования дырочной и электронной проводимостей. Это похоже на два диода, соединенных лицом к лицу или наоборот.

У биполярного транзистора три контакта (электрода). Контакт, выходящий из центрального слоя, называется база (base). Крайние электроды носят названия коллектор и эмиттер (collector и emitter). Прослойка базы очень тонкая относительно коллектора и эмиттера. В дополнение к этому, области полупроводников по краям транзистора несимметричны. Слой полупроводника со стороны коллектора немного толще, чем со стороны эмиттера. Это необходимо для правильной работы транзистора.

Работа биполярного транзистора.

Рассмотрим физические процессы, происходящие во время работы биполярного транзистора. Для примера возьмем модель NPN. Принцип работы транзистора PNP аналогичен, только полярность напряжения между коллектором и эмиттером будет противоположной.

Как уже говорилось в статье о типах проводимости в полупроводниках, в веществе P-типа находятся положительно заряженные ионы — дырки. Вещество N-типа насыщено отрицательно заряженными электронами. В транзисторе концентрация электронов в области N значительно превышает концентрацию дырок в области P.

Подключим источник напряжения между коллектором и эмиттером VКЭ (VCE). Под его действием, электроны из верхней N части начнут притягиваться к плюсу и собираться возле коллектора. Однако ток не сможет идти, потому что электрическое поле источника напряжения не достигает эмиттера. Этому мешает толстая прослойка полупроводника коллектора плюс прослойка полупроводника базы.

Теперь подключим напряжение между базой и эмиттером VBE, но значительно ниже чем VCE (для кремниевых транзисторов минимальное необходимое VBE — 0.6V). Поскольку прослойка P очень тонкая, плюс источника напряжения подключенного к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до N области эмиттера. Под его действием электроны направятся к базе. Часть из них начнет заполнять находящиеся там дырки (рекомбинировать). Другая часть не найдет себе свободную дырку, потому что концентрация дырок в базе гораздо ниже концентрации электронов в эмиттере.

В результате центральный слой базы обогащается свободными электронами. Большинство из них направится в сторону коллектора, поскольку там напряжение намного выше. Так же этому способствует очень маленькая толщина центрального слоя. Какая-то часть электронов, хоть гораздо меньшая, все равно потечет в сторону плюса базы.

В итоге мы получаем два тока: маленький — от базы к эмиттеру IBE, и большой — от коллектора к эмиттеру ICE.

Если увеличить напряжение на базе, то в прослойке P соберется еще больше электронов. В результате немного усилится ток базы, и значительно усилится ток коллектора. Таким образом, при небольшом изменении тока базы IB, сильно меняется ток коллектора IС. Так и происходит усиление сигнала в биполярном транзисторе. Cоотношение тока коллектора IС к току базы IB называется коэффициентом усиления по току. Обозначается β, hfe или h31e, в зависимости от специфики расчетов, проводимых с транзистором.

β = IC / IB

Основные параметры

• Коэффициент передачи по току.
• Входное сопротивление.
• Выходная проводимость.
• Обратный ток коллектор-эмиттер.
• Время включения.
• Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
• Обратный ток коллектора.
• Максимально допустимый ток.
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r
  э,
  r
  к,
  r
  б, которые представляют собой:
  r
  э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
• r
  к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
• r
  б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление

— сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.
h
11 =
U
m1/
I
m1, при
U
m2 = 0

Коэффициент обратной связи по напряжению

показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.
h
12 =
U
m1/
U
m2, при
I
m1 = 0.

Коэффициент передачи тока

(коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.
h
21 =
I
m2/
I
m1, при
U
m2 = 0.

Выходная проводимость

— внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.
h
22 =
I
m2/
U
m2, при
I
m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:
U
m1 =
h
11
I
m1 +
h
12
U
m2;
I
m2 =
h
21
I
m1 +
h
22Um2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I

m1 =
I
mб,
I
m2 =
I
mк,
U
m1 =
U
mб-э,
U
m2 =
U
mк-э. Например, для данной схемы:
h
21э =
I
mк/
I
mб = β.

Для схемы ОБ: I

m1 =
I
mэ,
I
m2 =
I
mк,
U
m1 =
U
mэ-б,
U
m2 =
U
mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h

-параметрами, например для схемы ОЭ:

;

;

;

.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C

к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода
C
э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода
r
э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются
граничными частотами коэффициента передачи тока
для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения

транзистора называется τвкл = τз + τф.

Простейший усилитель на биполярном транзисторе

Рассмотрим детальнее принцип усиления сигнала в электрической плоскости на примере схемы. Заранее оговорюсь, что такая схема не совсем правильная. Никто не подключает источник постоянного напряжения напрямую к источнику переменного. Но в данном случае, так будет проще и нагляднее для понимания самого механизма усиления с помощью биполярного транзистора. Так же, сама техника расчетов в приведенном ниже примере носит несколько упрощенный характер.

1.Описание основных элементов цепи

Итак, допустим в нашем распоряжении транзистор с коэффициентом усиления 200 (β = 200). Со стороны коллектора подключим относительно мощный источник питания в 20V, за счет энергии которого будет происходить усиление. Со стороны базы транзистора подсоединим слабый источник питания в 2V. К нему последовательно подсоединим источник переменного напряжения в форме синуса, с амплитудой колебаний в 0.1V. Это будет сигнал, который нужно усилить. Резистор Rb возле базы необходим для того, чтобы ограничить ток, идущий от источника сигнала, обычно обладающего слабой мощностью.

Расчет входного тока базы Ib

Теперь посчитаем ток базы Ib. Поскольку мы имеем дело с переменным напряжением, нужно посчитать два значения тока – при максимальном напряжении (Vmax) и минимальном (Vmin). Назовем эти значения тока соответственно — Ibmax и Ibmin.

Также, для того чтобы посчитать ток базы, необходимо знать напряжение база-эмиттер VBE. Между базой и эмиттером располагается один PN-переход. Получается, что ток базы «встречает» на своем пути полупроводниковый диод. Напряжение, при котором полупроводниковый диод начинает проводить — около 0.6V. Не будем вдаваться в подробности вольт-амперных характеристик диода, и для простоты расчетов возьмем приближенную модель, согласно которой напряжение на проводящем ток диоде всегда 0.6V. Значит, напряжение между базой и эмиттером VBE = 0.6V. А поскольку эмиттер подключен к земле (VE = 0), то напряжение от базы до земли тоже 0.6V (VB = 0.6V).

Посчитаем Ibmax и Ibmin с помощью закона Ома:

Расчет выходного тока коллектора IС

Теперь, зная коэффициент усиления (β = 200), можно с легкостью посчитать максимальное и минимальное значения тока коллектора ( Icmax и Icmin).

Расчет выходного напряжения Vout

Осталось посчитать напряжение на выходе нашего усилителя Vout. В данной цепи — это напряжение на коллекторе VC.

Через резистор Rc течет ток коллектора, который мы уже посчитали. Осталось подставить значения:

Анализ результатов

Как видно из результатов, VCmax получился меньше чем VCmin. Это произошло из-за того, что напряжение на резисторе VRc отнимается от напряжения питания VCC. Однако в большинстве случаев это не имеет значения, поскольку нас интересует переменная составляющая сигнала – амплитуда, которая увеличилась c 0.1V до 1V. Частота и синусоидальная форма сигнала не изменились. Конечно же, соотношение Vout/Vin в десять раз — далеко на самый лучший показатель для усилителя, однако для иллюстрации процесса усиления вполне подойдет.

Итак, подытожим принцип работы усилителя на биполярном транзисторе. Через базу течет ток Ib, несущий в себе постоянную и переменную составляющие. Постоянная составляющая нужна для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером начал проводить – «открылся». Переменная составляющая – это, собственно, сам сигнал (полезная информация). Сила тока коллектор-эмиттер внутри транзистора – это результат умножения тока базы на коэффициент усиления β. В свою очередь, напряжение на резисторе Rc над коллектором – результат умножения усиленного тока коллектора на значение резистора.

Таким образом, на вывод Vout поступает сигнал с увеличенной амплитудой колебаний, но с сохранившейся формой и частотой. Важно подчеркнуть, что энергию для усиления транзистор берет у источника питания VCC. Если напряжения питания будет недостаточно, транзистор не сможет полноценно работать, и выходной сигнал может получится с искажениями.

Режимы работы биполярного транзистора

В соответствии уровням напряжения на электродах транзистора, различают четыре режима его работы:

• Режим отсечки (cut off mode).
• Активный режим (active mode).
• Режим насыщения (saturation mode).
• Инверсный ражим (reverse mode ).

Режим отсечки

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V — 0.7V, PN-переход между базой и эмиттером закрыт. В таком состоянии у транзистора отсутствует ток базы. В результате тока коллектора тоже не будет, поскольку в базе нет свободных электронов, готовых двигаться в сторону напряжения на коллекторе. Получается, что транзистор как бы заперт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

Активный режим

В активном режиме напряжение на базе достаточное, для того чтобы PN-переход между базой и эмиттером открылся. В этом состоянии у транзистора присутствуют токи базы и коллектора. Ток коллектора равняется току базы, умноженном на коэффициент усиления. Т.е активным режимом называют нормальный рабочий режим транзистора, который используют для усиления.

Режим насыщения

Иногда ток базы может оказаться слишком большим. В результате мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора. В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания, и не будет зависеть от тока базы. В таком состоянии транзистор не способен усиливать сигнал, поскольку ток коллектора не реагирует на изменения тока базы.

В режиме насыщения проводимость транзистора максимальна, и он больше подходит для функции переключателя (ключа) в состоянии «включен». Аналогично, в режиме отсечки проводимость транзистора минимальна, и это соответствует переключателю в состоянии «выключен».

Инверсный режим

В данном режиме коллектор и эмиттер меняются ролями: коллекторный PN-переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный – в обратном. В результате ток из базы течет в коллектор. Область полупроводника коллектора несимметрична эмиттеру, и коэффициент усиления в инверсном режиме получается ниже, чем в нормальном активном режиме. Конструкция транзистора выполнена таким образом, чтобы он максимально эффективно работал в активном режиме. Поэтому в инверсном режиме транзистор практически не используют.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

• Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по
  Схема включения с общей базой

  току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

• Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
• Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

• Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1.
• Малое входное сопротивление.

Схема включения с общим эмиттером

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
  Схема включения с общим эмиттером
• Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.

• Большой коэффициент усиления по напряжению.
• Наибольшее усиление мощности.
• Можно обойтись одним источником питания.
• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
  Схема включения с общим коллектором
• Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Лабораторная работа №5 (№19) характеристики и параметры биполярных транзисторов

Входная характеристика биполярного транзистора с общим эмиттером

Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 5.15:

Характеристики транзистора в этом режиме будут отличаться от характеристик в режиме с общей базой. В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеет место усиление не только по напряжению, но и по току. Входными параметрами для схемы с общим эмиттером будут ток базы I_б, и напряжение на коллекторе U_к, а выходными характеристиками будут ток коллектора I_к и напряжение на эмиттере U_э.

Ранее при анализе биполярного транзистора в схеме с общей базой была получена связь между током коллектора и током эмиттера в следующем виде:

В схеме с общим эмиттером (в соответствии с первым законом Кирхгофа) .

после перегруппирования сомножителей получаем: (5.30)

Рис. 5.15. Схема включения транзистора с общим эмиттером

Коэффициент α/(1-α) перед сомножителем I_б показывает, как изменяется ток коллектора I_к при единичном изменении тока базы I_б. Он называется коэффициентом усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Обозначим этот коэффициент значком β.

(5.31)

Поскольку величина коэффициента передачи α близка к единице (α > 1). При значениях коэффициента передачи α = 0,98÷0,99 коэффициент усиления будет лежать в диапазоне β = 50÷100.

С учетом (5.31), а также I_к0 * = I_к0/(1-α) выражение (5.30) можно переписать в виде:

(5.32)

где I_к0 * = (1+β)I_к0 — тепловой ток отдельно взятого p-n перехода, который много больше теплового тока коллектора I_к0, а величина r_к определяется как r_к * = r_к/(1+β).

Продифференцировав уравнение (5.32) по току базы I_б, получаем β = ΔI_к/ΔI_б. Отсюда следует, что коэффициент усиления β показывает, во сколько раз изменяется ток коллектора I_к при изменении тока базы I_б.

Для характеристики величины β как функции параметров биполярного транзистора вспомним, что коэффициент передачи эмиттерного тока определяется как α = γ·κ, где . Следовательно, . Для величины β было получено значение: β = α/(1-α). Поскольку W/L

Проанализируем, почему малые изменения тока базы I_б вызывают значительные изменения коллекторного тока I_к. Значение коэффициента β, существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачи α близок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента α = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток.

Рис. 5.16. Вольт-амперные характеристики биполярного транзистора КТ215В, включенного по схеме с общим эмиттером [24, 29]:а) входные характеристики; б) выходные характеристики

Увеличение базового тока в два раза (должны прорекомбинировать две дырки) вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход (должно инжектироваться 200 дырок) и соответственно экстракцию через коллекторный (экстрагируется 198 дырок). Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Только сон приблежает студента к концу лекции. А чужой храп его отдаляет. 8846 — | 7556 — или читать все.

91.146.8.87 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Рис. 4.1 Схематическое устройство и условное графическое обозначение биполярного транзистора.

Каждая из областей БТ имеет металлический электрод, с помощью которого транзистор соединяют с внешней электронной цепью. Электрод и соединенная с ним область, где формируются основные носители зарядов, называется эмиттером (Э). Второй крайний электрод называется коллектором (К). Средний электрод и сравнительно узкая область, которая соединена с ним, называется базой (Б). Это управляющий электрод, с помощью которого изменяется состояние p-n-переходов. Физические процессы БТ определяются свойствами двух p-n-переходов и зависят от полярности напряжений между электродами транзистора. Имеется два типа транзисторов: p-n-p— типа (рис.4.1а) и n-p-n— типа (рис.4.1б), но чаще используются n-p-n— типа, т.к. они имеют лучшую теплостойкость.

Свойства транзистора зависят от схемы включения. Используют три схемы включения БТ: с общим эмиттером (рис.4.2а), с общей базой (рис.4.2б) и с общим коллектором, которая будет рассмотрена позже.

Рис. 4.2.Схемы включения биполярного n-p-n транзистора (а — с общим эмиттером, б — с общей базой.

Свойства транзистора наиболее полно описываются вольтамперными характеристиками (ВАХ).

Входная характеристика биполярного транзистора.

Ток базы БТ связан с напряжением между базой и эмиттером входной характеристикой I _Б (U _Б) при постоянном напряжении U _К между коллектором и эмиттером. Эта зависимость аналогична по форме ВАХ диода в прямом направлении. Схема для получения входной характеристики транзистора приведена на рис. 4.3.

Рис.4.3.

В демонстрации «demo4_1» показана схема (рис.4.4) получения семейства входных характеристик I_Б(U_Б).

Рис.4.4. demo4_1. Схема для получения входных ВАХ. Аргумент ВАХ – напряжение U_Б изменяется в пределах от 0 до 1В с шагом 1мВ, параметр семейства U_К изменяется в пределах от 0 до 15В с шагом 0.1В.

На рис.4.5 приведено семейство полученных входных характеристик БТ. Из графиков следует, что в интервале значений параметра U_К от 0 до 0.5В вид ВАХ существенно зависит от параметра, но далее кривые практически сливаются, т.е. влияние параметра U_К при его значениях больше 0.5В можно не учитывать. В реальных электронных устройствах напряжение U_К >0.5В, поэтому свойства транзистора описывают одной входной характеристикой при напряжении U_К≈10В.

Рис.4.5. Входные характеристики, полученные в demo4_1.

Рабочим участком входной ВАХ транзистора в электронных устройствах является линейный участок AB. При малых изменениях тока базы эта связь на линейном участке AB (рис. 4.6) описывается параметром h₁₁– входное сопротивление транзистора. Для примера на рис.4.6 следует:

h₁₁ =∆ U _Б/∆ I _Б=(0.85-0.8)/(908-425)*10 6 =103.5 Ом при U _K=const. По сути это дифференциальное сопротивление. Этот параметр приводится в справочниках.

Рис.4.6. Входная характеристика биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером I _Б (U _Б) при постоянном напряжении U _К.

На участке A B можно аппроксимировать входную ВАХ транзистора прямой линией (красная линия на рис.4.6):

Здесь постоянные параметры: h₁₁ –входное сопротивление транзистора,

U` _Б — напряжение «отпирания» транзистора.

Таким образом, входная характеристика позволяет найти ток базы при заданном напряжении между базой и эмиттером биполярного транзистора.

Дата добавления: 2016-10-26 ; просмотров: 7148 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

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.

Биполярные и полевые транзисторы

Биполярные и полевые транзисторы

полупроводниковый прибор, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов.

Основные функции транзистора: усилитель и переключатель

Слово «транзистор» образовано от двух английских слов translate и resistor, то есть, иными словами, это преобразователь сопротивления

ТРИОД

• Имеет три электрода: термоэлектронный катод , анод и одну управляющую сетку.
• Лампа могла работать в качестве усилителя тока, а в 1913 году на её основе был создан автогенератор.
• В 1914 год Н. Д. Папалекси изготовил первые русские трёхэлектродные электронные лампы.

Ли де Форест

1907

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР

В 1947 году Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн в лабораториях Bell Labs создали биполярный транзистор .

В 1956 награждены Нобелевской премией по физике,

Уильям Шокли, Джон Бардин и Уолтер Браттейн

• транзистор имел форму маленького металлического цилиндрика длиной 13 мм.

1947

ПОЛЕВОЙ (УНИПОЛЯРНЫЙ) ТРАНЗИСТОР

предложил метод управления током в образце путём подачи на него поперечного электрического поля, которое, воздействуя на носители заряда, будет управлять проводимостью

Юлий Эдгар Лилиенфельд

1928

ПОЛЕВОЙ ТРАНЗИСТОР

• регулирование сопротивления токопроводящего канала поперечным электрическим полем, создаваемым приложенным к затвору напряжением;
• использует один тип основных носителей – электроны или дырки.

• канал слой проводника, по которому про
• исток (source ) — электрод, из которого в канал входят основные носители заряда;
• сток ( drain ) — электрод, через который из канала уходят основные носители заряда;
• затвор ( gate ) — электрод, служащий для регулирования поперечного сечения канала.

n – канал, p- канал

Принцип работы полевого транзистора

• При подаче напряжения на затвор между затвором и каналом появляется пространство, через которое протекает ток.
• Ширина этого канала регулируется напряжением, которое подаётся на затвор.
• Соответственно, можно увеличивать и уменьшать ширину канала и управлять протекающим током.

ПАРАМЕТРЫ ПОЛЕВГО ТРАНЗИСТОРА

• Входное сопротивление.
• Амплитуда напряжения на затворе.
• Полярность.

ВАХ полевого транзистора

Выходной характеристикой называют график, на котором изображена зависимость тока стока от Uси (приложенного к выводам стока и истока), при различных напряжениях затвора.

ВАХ полевого транзистора

Верхняя ветвь– ток при нулевом напряжении на затворе

Область насыщения (активная область)

«Омическая область» линейный участок открытое состояние, транзистор ведет себя как резистор

Область пробоя, здесь транзистор находиться не должен

Чем больше напряжение Uзи, тем меньше ток стока.

Стоко-затворная характеристика

зависимость тока стока от напряжения на затворе при одинаковом напряжении стока-исток

• чем ближе напряжение Uзи к 0, тем больший ток стока.
• Крутизна характеристика показывает, насколько растёт ток стока при увеличении напряжения затвор-исток при неизменяемом напряжении сток-исток.

http://electrik.info/main/praktika/1388-polevye-tranzistory.html

Схема включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

с общим стоком

Усиление по напряжению близко к 1, большое входное сопротивление, а выходное низкое. Другое название – истоковый повторитель

ОС  ОК.

с общим затвором

Каскад ОЗ обладает низким входным сопротивлением, усиления нет., используется в усилит. технике СВЧ.

ОЗ  ОБ.

с общим истоком

Каскад с ОИ даёт усиление по току и ОИ  ОЭ

Полевые транзисторы с изолированным затвором

• используется в качестве полупроводниковых управляемых ключей в ключевом режиме (два положения «вкл» и «выкл»).
• В отличие от управляющего p-n-перехода он работает не на принципе расширения перехода и перекрытия канала, а на принципе изменения концентрации носителей заряда в полупроводнике под действием внешнего электрического поля.

1. МДП-транзистор (метал-диэлектрик-полупроводник).

2. МОП-транзистор (метал-окисел-полупроводник).

3. MOSFET -транзистор (metal-oxide-semiconductor

Полевой транзистор

с управляющим p-n- переходом (JFET) и каналом n-типа

с изолированным затвором ( MOSFET, МДП-транзисторы)

a) — с индуцированным каналом,

b) — со встроенным каналом

а) с затвором со стороны подложки; b) с диффузионным затвором

Моделирование Транзистор со встроенным каналом n-типа с нулевым напряжением на затворе:

Подадим на затвор -1В. Ток снизился в 20 раз.

Согласно параметрам на этот транзистор пороговое напряжение затвор-исток в районе одного вольта, а типовое его значение – 1.2 В.

Ток стал в микроамперах. Если еще немного повысить напряжение, он исчезнет полностью.

При изменении полярности напряжения на затворе появляется положительный потенциал, так как это режим обогащения.

Биполярные транзисторы

трёхэлектродный полупроводниковый прибор с двумя p-n -переходами

• перенос заряда осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками, поэтому прибор назвается «биполярный».

Применение транзисторов

• усилительные схем;
• генераторы сигналов;
• электронные ключи.

Общий вид и конструкция биполярных транзисторов

Выводы биполярного транзистора:

База – слой полупроводника, который является управляющим электродом.

Эмиттер — слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектор- слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.

Схематичное изображение n-p-n транзистора

Режимы работы биполярного транзистора

«ЭБ» – открыт «КБ»- закрыт

«ЭБ» – открыт «КБ»- открыт

«ЭБ» – закрыт «КБ»- закрыт

Токопрохождение в биполярном транзисторе в режимах отсечки

Оба p-n перехода смещены в обратном направлении (оба закрыты).

Режим отсечки соответствует условию U ЭБ I Б =0

Токопрохождение в биполярном транзисторе в режимах насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении [2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

• U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

• U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

• U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.

Токопрохождение в биполярном транзисторе в активном режиме по схеме с общей базой

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

U ЭБ 0; U КБ 0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид U ЭБ U КБ 0.