Характеристики биполярных транзисторов: Характеристики биполярных транзисторов — Статьи об энергетике

Содержание

Расчёт характеристик биполярных транзисторов

Расчёт характеристик биполярных транзисторов

Федеральное агентство по образованию

Дальневосточный государственный технический университет

(ДВПИ  им. В.В. Куйбышева)

 

 

Кафедра «Радио, телевидения и связи»

 

 

 

 

 

 

 

 

Физические основы электроники

 

 

Расчёт характеристик биполярных транзисторов

(курсовая работа)

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил студент гр.

Принял преподаватель

________________________

Дата  ___________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Владивосток

2012

Содержание:

1 задание по курсовой работе

2 построение входных характеристик для двух значений напряжений коллектор – эмиттер

3 построение входных характеристик при  = 3В для трёх значений температуры номинальной, максимальной и минимальной

4 построение семейства (пять кривых для номинальной температуры и пять кривых для минимальной температуры) выходных характеристик

5 по построенным характеристикам определяем h – параметры исследуемого транзистора

6 вычисляем значения h – параметров для схемы, с ОБ и внутренние физические параметры транзистора.-19

Сопротивление области коллектора

Предельное значение тока коллектора

Номинальная температура

Минимальная температура

Максимальная температура

 

 

 

4.5

100

+25

-20

+50

 

 

 

 

2 Построение входных характеристик для двух значений напряжений коллектор – эмиттер

  Строим входные характеристики  для двух значений напряжения коллектор – эмиттер  = 0В и = 3В, значения напряжения база – эмиттер  при этом изменяются в интервале (0,4 – 1)В, а предельное значение тока базы рассчитывается по выражению, значение

(предельная величина тока коллектора).

Для нахождения входных характеристик транзистора воспользуемся формулой:

При = 0В формула примет вид:

При = 3В формула примет вид:

Построим для них графики:

3 Построение входных характеристик при  = 3В для трёх значений температуры номинальной, максимальной и минимальной

Строим входные характеристики при  = 3В для трёх значений температуры номинальной, максимальной и минимальной.

При t=+25C формула примет вид:

При t=+80C формула примет вид:

При t=-50C формула примет вид:

Построим для них графики:

4 Построение семейства (пять кривых для номинальной температуры и пять кривых для минимальной температуры) выходных характеристик

Строим семейство (пять кривых для номинальной температуры и пять кривых для температуры) выходных характеристик. Семейства выходных характеристик строятся при условиях:

— напряжение  задаётся в интервале от 0В до 10В;

— шаг изменения ? выбирается из выражения , где

соответствует максимальному значению тока базы , определённому при построении входных характеристик;

— значения = ?n (где n = 1,2,3,4,5 – номер каждой из пяти выходных характеристик) подставляются в выражение (3.2) при построении этих характеристик;

— токи базы, соответствующие каждому из значений = ?n, определяются по входной характеристике и являются параметром каждой из выходных характеристик;

Для нахождения выходных характеристик транзистора воспользуемся формулой:

 

 

 

 

При t=+25C и ?=1*0.153368 формула примет вид:

При t=+25C и ?=2*0.153368 формула примет вид:

При t=+25C и ?=3*0.153368 формула примет вид:

При t=+25C и ?=4*0.153368 формула примет вид:

При t=+25C и ?=5*0.153368 формула примет вид:

 

Построим для них графики:

 

При t=50C и ?=1*0.16623 формула примет вид:

При t=50C и ?=2*0.16623 формула примет вид:

При t=50C и ?=3*0.16623 формула примет вид:

При t=50C и ?=4*0.16623 формула примет вид:

При t=50C и ?=5*0.16623 формула примет вид:

Построим для них графики:

5 По построенным характеристикам определяем h – параметры исследуемого транзистора

По построенным характеристикам определяем h – параметры исследуемого транзистора. Для этого воспользуемся формулами:

h11Э = ?UБ/ ?IБ

h12Э = ?UБ/?UК

h21Э = ?IК/?IБ 

h22Э= ?IК/?UК  

По графику входных характеристик определим параметры h11Э  и h12Э:

 

Вычисляем:

По графику выходных характеристик определим параметры h21Э  и h22Э:

Вычисляем:

 

6 Вычисляем значения h – параметров для схемы, с ОБ и внутренние физические параметры транзистора.

Вычисляем значения h – параметров, для схемы с ОБ и внутренние физические параметры транзистора. Для этого воспользуемся формулами:

Вычисляем:

 

7 Список используемой литературы:

1. Физические основы электроники: метод. Указания / сост. Беляев Ю.В., Галочкин Ю.И. – Владивосток: Изд-во ДВГТУ, 2009. – 25 с

2. Галочкин Ю.И. Физические основы электроники: учеб. пособие. / Ю.И. Галочкин. – Владивосток: Изд – во ДВГТУ, 2008. – 155 с.

3. Тугов Н.М., Глебов Б.А., Чарыков Н.А. Полупроводниковые приборы(учебник для ВУЗов), М., Энергоатомиздат, 1990.

4. В.В. Пасынков, В.С. Сорокин Материалы электронной техники : Учебник для студ. Вузов по спец. Электронной техники. 3-е изд. – СПб.; Издательство «Лань», 2001. – 368 с.

5. Батушев В.А. Электронные приборы. М.,  Высшая школа, 1980.

6. Прянишников В.А. Электроника. Курс лекций. Санкт-Петербург, 1998.

 

 

 

 

 


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

Улучшение характеристик работы SAP Крайне важно определить корректные меры для оценки эффективности компании, ее способности в достижении намеченных целей. Система SAP в значительной степени способствует мониторингу и управлению мерами по улучшению эффективности (Measures of

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:

rэ – сопротивление эмиттера, rк – сопротивление коллектора, rб – сопротивление базы. Значения сопротивлений рассматриваются по отношению к переменной составляющей.

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\φТ \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 Rн, ток на Rн будет равен 1мА.

Источник тока с заземленной нагрузкой.Рабочий диапазон

. Источник тока передает в нагрузку постоянный ток только до определенного конечного напряжения на нагрузке. В противном случае источник тока был бы способен генерировать бесконечную мощность. Диапазон выходного напряжения, в котором источник тока ведет себя как следует, называется рабочим диапазоном

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 Iк, Uбэ базы – эмиттер и h21 эмиттер несколько изменяются при изменении Uкэ.Кроме того, они зависят от температуры F(t).

ΔUбэ=-0.001ΔUкэ – эффект Эрли.

Недостатки источников тока

1.При заданном I коллектора и Uбэ, и коэффициент h31э (эффект Эрли) несколько изменяются при изменении U коллектор-эмиттер. Изменение Uбэ, связанное с изменением Uнагр, вызывает изменение Iвых , так как Uэ (а следовательно, и Iэ ) изменяется, даже если Uб фиксировано. Изменение значения коэффициента h31э приводит к небольшим изменениям выходного Iк при фиксированномIэ, так как Iк = Iэ — Iб; кроме того, немного изменяется Uб в связи с возможным изменением сопротивления источника смешения, обусловленного изменениями коэффициента h31э (а следовательно, и тока базы). ).Все эти изменения приводят к тому, что источник тока работает хуже, чем идеальный: выходной ток немного зависит от U и, следовательно, его сопротивление не бесконечно.

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 Кu даже в большей степени, чем при использовании коллекторной нагрузки источника тока.

 

Задавая Iк VT1 ,мы задаем Uбэ, а значит Iк. Если транзисторы одинаковые и находятся при одинаковой температуре (Iэо1=Iэо2), например на одном кристалле вблизи друг друга, то Iк1 будет равен Iк2.

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, UкVT1 фиксирован и на 2Uбэ меньше Uпит, 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


Биполярный транзистор — электронный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов, предназначенный для усиления, генерирования и преобразования электрических сигналов. Транзистор называется биполярный, поскольку в работе прибора одновременно участвуют два типа носителей заряда – электроны и дырки. Этим он отличается от униполярного (полевого) транзистора, в работе которого участвует только один тип носителей заряда.

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


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №16

Цель работы:

1. Изучить свойства биполярного транзистора путем снятия входных и выходных характеристик.



  1. Освоить расчет h параметров по характеристикам транзистора.

1. Указания к работе

Биполярный транзистор — полупроводниковый прибор, имеющий два pn перехода и служащий для усиления и генерирования электрических колебаний.

Основным элементом транзистора является кристалл полупроводникового материала, в котором созданы три области различных проводимостей. Средняя область, образованная полупроводником с электронным или дырочным типом проводимости, называется базой. Ширина базы делается очень малой. Две крайние области, одна из которых называется эмиттером, а другая — коллектором, обладают проводимостью одинакового типа, противоположной проводимости базы, и на несколько порядков выше проводимости базы. Эмиттер является источником основных носителей заряда (электронов или дырок), а коллектор их приемником. Если внешние области имеют проводимость p типа — прибор называют транзистором типа pnp, если же внешние области имеют проводимость типа n, то прибор называют транзистором типа npn.



а) б)
Рис.1. Графическое изображение транзисторов
Условное графическое изображение транзистора типа pnp приведено на рис.1,а, транзистора типа npn на рис.1,б. Дальнейшее изложение дается применительно к транзистору типа pnp.

Наиболее важным режимом работы транзистора является активный. В этом режиме к эмиттерному переходу приложено напряжение в прямом направлении, то есть положительный полюс эмиттерного источника энергии Еэ подключен к эмиттеру. (В литературе часто употребляется термин ’’переход смещен в прямом направлении’’).

К коллекторному переходу приложено напряжение в обратном направлении, то есть отрицательный полюс коллекторного источника энергии Ек подключен к коллектору (переход смещен в обратном направлении). Под действием напряжения эмиттерного источника энергии Еэ происходит инжекция (переход) дырок из эмиттера в базу, для которой они являются неосновными носителями.

Электроны базы инжектируются в эмиттер, в котором они также становятся неосновными. Но так как проводимость базы много меньше проводимости эмиттера, число дырок, поступающих из эмиттера в базу, значительно превышает число электронов, перешедших из базы в эмиттер. Следовательно, ток через эмиттерно-базовый переход обусловлен практически одними дырками. Дырки, инжектированные в базу, частично рекомбинируют с электронами базы, которые образуют ток базы (рис. 2). Но так как ширина базы мала, почти все дырки пересекают базу и достигают коллекторного перехода. В области коллекторного перехода дырки попадают в электрическое поле, создаваемое источником Ек. Это поле является для дырок ускоряющим и они втягиваются в коллектор, создавая ток коллектора Iк. Величина тока Iк, как следует из первого закона Кирхгофа, определяется уравнением 1:



а так как ток базы мал, можно считать, что



а) б)
Рис. 2. а) токораспределение в транзисторе;

б) включение транзистора по схеме с общей базой.

о — дырки,  — электроны


Изменяя напряжение, приложенное к эмиттерно-базовому переходу, можно менять количество дырок, поступающих из эмиттера в базу, и, следовательно, изменять ток коллектора. Таким образом, принцип действия транзистора заключается в управлении потоком неосновных носителей базы, поступающих в коллектор.

Так как сопротивление коллекторного перехода на несколько порядков выше сопротивления эмиттерного перехода, в цепь коллектора можно включить нагрузочный резистор с достаточно большим сопротивлением Rн, больше чем сопротивление эмиттерного перехода Rэ. Включение такой нагрузки не изменит режима работы переходов. В этом случае падение напряжения на нагрузочном резисторе будет Uн = Iк Rн, а напряжение на эмиттерном переходе Uэ = IэRэ, а так как Rн >> Rэ, и с учетом соотношения (2),



то есть имеет место усиление по напряжению.

Входная мощность, затрачиваемая в эмиттерной цепи Pвх = Iэ Uэ выходная мощность, выделяющаяся в нагрузочном резисторе будет Pвых = Iк Uн. С учетом соотношений (2) и (3)



и, следовательно, имеет место усиление по мощности.



Рис. 3. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером
Аналогичные результаты получаются и в случае подачи на эмиттерный переход переменного напряжения.

Дополнительная мощность, выделяющаяся на нагрузочном резисторе получается за счет коллекторного источника энергии Ек. Транзистор, таким образом, управляет энергией коллекторного источника, заставляя ее изменяться по закону изменения входного напряжения.

Очевидно, что усиление по напряжению и мощности будет тем больше, чем больше ток коллектора, то есть чем большая часть дырок, инжектированных эмиттером, будет переноситься в коллектор. Эффективность этого процесса характеризуется коэффициентом передачи тока эмиттера (), которым называется отношение приращения тока коллектора к вызвавшему его приращению тока эмиттера при постоянном напряжении между коллектором и базой, то есть


Ясно, что чем больше коэффициент передачи тока, тем выше коэффициенты усиления по напряжению и мощности.

Как следует из выражений (1) и (5), коэффициент передачи тока эмиттера всегда меньше единицы. Для современных транзисторов он достигает значений 0,950 — 0,998.

В рассматриваемой схеме общей точкой входной и выходной цепей является база, поэтому такое включение транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Однако на практике наиболее часто используется схема с общим эмиттером (ОЭ) (рис.3).

Физические процессы в транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, аналогичны описанным выше. Но так как входным током в этой схеме является ток базы, который как указывалось выше, очень мал, коэффициент передачи тока базы () значительно больше, чем коэффициент передачи тока эмиттера.



Uк.э. = const.

(6)

Совместное решение уравнений (1),(5) и (6) дает:

.

(7)

Анализ уравнения (7) показывает, что может достигать нескольких десятков. Поэтому коэффициенты усиления по напряжению и по мощности в этом случае также будут значительно выше.

Независимо от схемы включения транзистора, величина выходного тока (i2) (в рассмотренных схемах — ток коллектора), определяется величинами входного тока (i1) (в схеме с ОБ — ток эмиттера, в схеме с ОЭ — ток базы) и выходного напряжения (u2) (в схеме с ОБ — напряжение между коллектором и базой, в схеме с ОЭ — напряжение между коллектором и эмиттером), то есть



.

(8)

Функцией тех же переменных является величина входного напряжения (u1) (в рассмотренных схемах напряжение на эмиттерном переходе), то есть



(9)

Следовательно, для входного напряжения и выходного тока можно записать выражения полных дифференциалов


(10)



(11)


Частные производные, входящие в уравнения (10) и (11), называются h — параметрами транзистора. Их величины характеризуют качество транзистора и возможность его работы в том или ином устройстве.

Частная производная определяет зависимость входного падения напряжения от входного тока при постоянном выходном напряжении u2; этот параметр называется входным сопротивлением и обозначается h11.



У современных транзисторов входное сопротивление в схеме с ОЭ должно составлять несколько сотен Ом.

Частная производная определяет зависимость входного напряжения от выходного напряжения при постоянном входном токе i1; этот параметр безразмерный, он называется коэффициентом обратной связи и обозначается h12.



Величина коэффициента обратной связи обычно очень мала и в большинстве практических расчетов транзисторных устройств им пренебрегают.

Частная производная определяет зависимость выходного тока от входного при постоянном выходном напряжении u2. Этот параметр безразмерный, он называется коэффициентом передачи тока и обозначается h21.



Чем больше этот параметр, тем выше коэффициенты усиления по напряжению и мощности.

Частная производная определяет зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе. Этот параметр имеет размерность проводимости, называется выходной проводимостью транзистора и обозначается h22.




Рис. 4. Входные характеристики

транзистора в схеме с ОЭ

Значение этого параметра определяет величину сопротивления нагрузочного резистора, который может быть включен в выходную цепь.

h — параметры легко рассчитать по семействам характеристик транзистора.

Различают входные характеристики, которые определяют зависимость входного тока i1 от входного напряжения u1 при постоянном выходном напряжении u2; а также выходные характеристики, определяющие зависимость выходного тока i2 от выходного напряжения u2 при постоянном входном токе i1.

Входная характеристика транзистора, включенного по схеме с ОЭ — Iб = f(Uэ.б.) при Uк.э. = 0 подобна вольтамперной характеристике полупроводникового диода в прямом направлении (рис.4).

Так как коллекторно-базовый переход включен в обратном направлении, при увеличении напряжения на коллекторе ширина запирающего слоя коллекторного перехода будет расти, а ширина базы соответственно — уменьшаться. За счет этого уменьшится рекомбинация носителей в базе и ток базы. Следовательно, характеристика сместится вниз (рис. 4, кривая Uк.э.1).

Для определения параметров транзистора, на прямолинейном участке входных характеристик строится треугольник АВС. Сторона ВС этого треугольника дает приращение тока базы при изменении напряжения на величину =АВ при Uкэ = сonst. Тогда



h11 = Uкэ = сonst.

(16)


При неизменном токе базы, например, Iб1 = const, изменение коллекторного напряжения на величину как видно из рис.4, должно приводить к изменению входного напряжения на величину =АВ. Тогда

Выходная характеристика транзистора, включенного по схеме с ОЭ, представляет зависимость Iк = f(Uкэ) при Iб = const. Так как коллектор образован дырками эмиттера, он мало зависит от коллекторного напряжения. Тем не менее при увеличении коллекторного напряжения, как уже говорилось, происходит уменьшение ширины базы и уменьшение рекомбинации в базе.



Рис. 5. Выходные характеристики

транзистора в схеме с ОЭ


В силу постоянства базового тока число электронов, поступающих в базу остается неизменным. За счет этого потенциал базы относительно эмиттера понижается и увеличивается число дырок, поступающих в базу из эмиттера. В соответствии с уравнением (2) это приводит к росту тока коллектора.

При постоянном напряжении между эмиттером и коллектором, например, при Uкэ1 = const (рис.5), изменение тока базы от Iб1 до Iб2, то есть на величину = Iб2Iб1, приводит к увеличению тока коллектора на величину = Iк2Iк1. Тогда



При постоянном токе базы , например Iб1 = const изменение напряжения между коллектором и эмиттером на величину приводит к изменению тока коллектора на величину = Iк3Iк1 (рис.5). Тогда

2. Рабочее задание


  1. Ознакомьтесь с оборудованием стенда. Занесите технические данные электроизмерительных приборов, используемых в работе, в таблицу 1.

  2. Соберите цепь, изображенную на рис. 6.

  3. Регуляторы напряжения, обозначенные ’’0 — 0,5 В’’ и ’’0 — 30 В’’, выведите в крайнее положение в направлении, противоположном движению часовой стрелки.



Рис. 6. Рабочая схема для снятия характеристик транзистора

Таблица 1


  • Наименование и марка прибора

Система

измерения



Класс точности

прибора


Диапазон измерения прибора

4. Тумблер переключения пределов измерения миллиамперметра, включенного в цепь коллектора, установите в положение ’’20’’.



  1. Предъявите цепь для проверки преподавателю.

  2. Автоматическим выключателем АП включите блок питания стенда; при этом на панели блока питания должна загореться сигнальная лампа.

  3. Замкните тумблер ’’24 В’’, расположенный на панели блока питания; при этом на панели блока ’’транзистор’’ должна загореться сигнальная лампа.

  4. Регулятором напряжения, отмеченным знаком ’’0 — 30 В’’, установите напряжение между коллектором и эмиттером, заданное преподавателем.

  5. Для 8 — 10 значений напряжения между эмиттером и базой в диапазоне от 0 до 0,2 В измерьте величину тока базы. Напряжение между эмиттером и базой изменяйте регулятором напряжения, отмеченным знаком ’’0 — 0,5 В’’.

ВНИМАНИЕ! Следите за постоянством напряжения между коллектором и эмиттером.

Не увеличивайте базовый ток свыше 0,5 мА.

Показания приборов занесите в таблицу 2.

Таблица 2


Uк.э.= , В

Uк.э.= , В

Uэ.б., В

Iб, мА

Uэ.б., В

Iб, мА

  1. Выполните пункт 3.

  2. Тумблер переключения пределов измерения миллиамперметра, включенного в цепь коллектора, установите в положение ’’10’’.

  3. Регулятором напряжения, отмеченным знаком ’’0 — 0,5 В’’, установите ток базы, заданный преподавателем.

  4. Для 6 — 8 значений напряжения между коллектором и эмиттером, указанных преподавателем, измерьте величину тока коллектора. Напряжение между коллектором и эмиттером изменяйте регулятором напряжения, отмеченным знаком ’’0 — 30 В’’.

ВНИМАНИЕ! Следите за постоянством тока базы.

Показания приборов занесите в таблицу 3.



  1. Выполните пункт 3.

15. Разомкните тумблер ’’24 В’’, расположенный на панели блока питания; при этом на панели блока ’’транзистор’’ должна погаснуть сигнальная лампа.
Таблица 3

Iб= ,мА

Iб= ,мА

Uк.э., В

Iк, мА

Uк.э., В

Iк, мА

0,0

0,0

0,5

0,5

1,0

1,0

1,5

1,5

2,0

2,0

4,0

4,0

6,0

6,0

8,0

8,0

10,0

10,0

16. Отключите блок питания стенда; при этом на панели блока питания должна погаснуть сигнальная лампа.

3. Обработка результатов


  1. На миллиметровой бумаге постройте графики зависимостей Iб = f(Uэ.б.) и Iк = f(Uк.э.).

  2. Рассчитайте h параметры транзисторов.

  3. Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и базой на величину тока базы.

  4. Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и коллектором на величину тока базы при постоянном напряжении между эмиттером и базой.

  5. Сделайте вывод о влиянии напряжения между эмиттером и коллектором на величину тока коллектора при постоянном токе базы.

  6. Сделайте вывод о влиянии тока базы на величину тока коллектора при постоянном напряжении между коллектором и эмиттером.

4. Содержание отчета


  1. Наименование и цель работы.

  2. Схема экспериментальной установки.

  3. Технические данные электроизмерительных приборов.

  4. Таблицы экспериментальных данных.

  5. Графики полученных зависимостей.

  6. Выводы.

5. Контрольные вопросы.


  1. В чем состоит принцип действия транзистора?

  2. Какими носителями образован ток эмиттера транзистора типа pnp?

  3. Какими носителями образован ток базы транзистора типа pnp?

  4. Какими носителями образован ток коллектора транзистора типа pnp?

  5. Что такое коэффициент передачи тока эмиттера?

  6. Что такое коэффициент передачи тока базы?

  7. Запишите связь между коэффициентами передачи тока эмиттера и базы?

  8. Назовите параметры транзистора и дайте их физическое толкование?

  9. Что такое обратный ток коллектора Iко, каковы причины его возникновения?

  10. Как зависит величина концентрации неосновных носителей в полупроводнике от температуры?

  11. Как меняется положение выходных характеристик транзистора при повышении температуры?

  12. При каком включении транзистора влияние температуры на выходные характеристики сказывается наиболее сильно?



Достарыңызбен бөлісу:

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 Iб, и напряжение на коллекторе Uк, а выходными характеристиками будут ток коллектора Iк и напряжение на эмиттере Uэ.

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 Iб показывает, как изменяется ток коллектора Iк при единичном изменении тока базы Iб. 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 Iк0 * = Iк0/(1-α) выражение (5.30) можно переписать в виде:

(5.32)

где Iк0 * = (1+β)Iк0 — тепловой ток отдельно взятого p-n перехода, который много больше теплового тока коллектора Iк0, а величина rк определяется как rк * = rк/(1+β).

Продифференцировав уравнение (5.32) по току базы Iб, получаем β = ΔIк/ΔIб. Отсюда следует, что коэффициент усиления β показывает, во сколько раз изменяется ток коллектора Iк при изменении тока базы Iб.

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 Iб вызывают значительные изменения коллекторного тока Iк. 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 IБ(UБ).

Рис.4.4. demo4_1. Схема для получения входных ВАХ. Аргумент ВАХ – напряжение UБ изменяется в пределах от 0 до 1В с шагом 1мВ, параметр семейства UК 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 UК от 0 до 0.5В вид ВАХ существенно зависит от параметра, но далее кривые практически сливаются, т.е. влияние параметра UК при его значениях больше 0.5В можно не учитывать. В реальных электронных устройствах напряжение UК >0.5В, поэтому свойства транзистора описывают одной входной характеристикой при напряжении UК≈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

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. «

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.

Схемы подключения биполярных транзисторов

С общим эмиттером — входной сигнал подаётся на базу, а выходной снимается с коллектора

С общим коллектором — входной сигнал подаётся на базу, а снимается с эмиттера

С общей базой — входной сигнал подаётся на эмиттер, а снимается с коллектора

Схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току I вых / I вх .

Входное сопротивление R вх = U вх / I вх

Схема включения с общей базой

  • обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением.;
  • имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению;
  • не инвертирует фазу сигнала;
  • коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I э = α [α
  • входное сопротивление R вх = U вх / I вх = U эб / I э;
  • хорошие температурные и широкий частотный диапазон
  • высокое допустимое коллекторное напряжение;
  • малое усиление по току
  • малое входное сопротивление
1]. Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б . Большой коэффициент усиления по току. Большой коэффициент усиления по напряжению. Наибольшее усиление мощности. Можно обойтись одним источником питания. Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного. Имеет меньшую температурную стабильность. Слабые частотные свойства. «

Схема включения с общим эмиттером

  • I вых = I к I вх = I б U вх = U бэ U вых = U кэ .
  • Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I к / I б = I к /( I э -I к ) = α/(1-α) = β [β1].
  • Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = U бэ / I б .
  • Большой коэффициент усиления по току.
  • Большой коэффициент усиления по напряжению.
  • Наибольшее усиление мощности.
  • Можно обойтись одним источником питания.
  • Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.
  • Имеет меньшую температурную стабильность.
  • Слабые частотные свойства.
1]. Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = ( U бэ + U кэ )/ I б . Большое входное сопротивление. Малое выходное сопротивление. Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1. Схему с таким включением часто называют « эмиттерным повторителем ». «

Схема с общим коллектором

  • Схема включения с общим коллектором. I вых = I э I вх = I б U вх = U бк U вых = U кэ .
  • Коэффициент усиления по току: I вых / I вх = I э / I б = I э /( I э -I к ) = 1/(1-α) = β+1 [β1].
  • Входное сопротивление: R вх = U вх / I вх = ( U бэ + U кэ )/ I б .
  • Большое входное сопротивление.
  • Малое выходное сопротивление.
  • Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.
  • Схему с таким включением часто называют « эмиттерным повторителем ».

Основные параметры

Вольт-амперная характеристика биполярного транзистора

Технические характеристики транзисторов

  • максимальный ток коллектора I к ma х ;
  • максимальное напряжение коллектор-эмиттер U к-э ;
  • максиамальная мощность рассеиваемая коллектором Р К ;
  • предельная (граничая) частота усиления f max .
1,5 Вт. числа от 01 до 99 5 6 порядковый номер разработки или электрические свойства Буква от А до Я деление технологического типа приборов на группы. группы – кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б. КТ540Б «

Маркировка полупроводниковых транзисторов

состоит из шести элементов

К

1

Т

2

буква или цифра, указывает вид материала

9

Г(1) — германий;

К (2) — кремний;

А (3) — арсенид галия;

И (4) — индий.

2

3

буква, указывает тип транзистора

4

Т- биполярный

П- полевой

3-цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и частотным свойствам.

0

А

малой мощности Pmax

1.низкочастотный, fгр

2. среднечастотный, 3

3. высокочастотный, 30

4…6- транзисторы средней мощности 0,3

7 … 9 — транзисторы большой мощности Pmax 1,5 Вт.

числа от

01 до 99

5

6

порядковый номер разработки или электрические свойства

Буква

от А до Я

деление технологического типа приборов на группы.

группы

– кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б.

КТ540Б

ХАРАКТЕРИСТИКИ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ | СпрингерЛинк

‘) var buybox = document.querySelector(«[data-id=id_»+ метка времени +»]»).parentNode ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.вариант-покупки»)).forEach(initCollapsibles) функция initCollapsibles(подписка, индекс) { var toggle = подписка.querySelector(«.Цена-варианта-покупки») подписка.classList.remove(«расширенный») var form = подписка.querySelector(«.форма-варианта-покупки») если (форма) { вар formAction = form.getAttribute(«действие») form.setAttribute(«действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart»)) document.querySelector(«#ecommerce-scripts»).addEventListener(«load», bindModal(form, formAction, timestamp, index), false) } var priceInfo = подписка.селектор запросов(«.Информация о цене») var PurchaseOption = toggle.parentElement если (переключить && форма && priceInfo) { toggle.setAttribute(«роль», «кнопка») toggle.setAttribute(«tabindex», «0») toggle.addEventListener («щелчок», функция (событие) { var expand = toggle.getAttribute(«aria-expanded») === «true» || ложный переключать.setAttribute(«расширенная ария», !расширенная) form.hidden = расширенный если (! расширено) { покупкаOption.classList.add(«расширенный») } еще { покупкаOption.classList.remove(«расширенный») } priceInfo.hidden = расширенный }, ложный) } } функция bindModal (форма, formAction, метка времени, индекс) { var weHasBrowserSupport = окно.выборка && Array.from функция возврата () { var Buybox = EcommScripts ? EcommScripts.Buybox : ноль var Modal = EcommScripts ? EcommScripts.Modal : ноль if (weHasBrowserSupport && Buybox && Modal) { var modalID = «ecomm-modal_» + метка времени + «_» + индекс var modal = новый модальный (modalID) модальный.domEl.addEventListener(«закрыть», закрыть) функция закрыть () { form.querySelector(«кнопка[тип=отправить]»).фокус() } форма.setAttribute( «действие», formAction.replace(«/checkout», «/cart?messageOnly=1») ) form.addEventListener( «Отправить», Буйбокс.перехват формы отправки ( Buybox.fetchFormAction(окно.fetch), Buybox.triggerModalAfterAddToCartSuccess(модальный), консоль.лог, ), ложный ) document.body.appendChild(modal.domEl) } } } функция initKeyControls() { документ.addEventListener(«keydown», функция (событие) { if (document.activeElement.classList.contains(«цена-варианта-покупки») && (event.code === «Пробел» || event.code === «Enter»)) { если (document.activeElement) { событие.preventDefault() документ.activeElement.click() } } }, ложный) } функция InitialStateOpen() { var buyboxWidth = buybox.смещениеШирина ;[].slice.call(buybox.querySelectorAll(«.опция покупки»)).forEach(функция (опция, индекс) { var toggle = option.querySelector(«.цена-варианта-покупки») var form = option.querySelector(«.форма-варианта-покупки») var priceInfo = option.querySelector(«.Информация о цене») если (buyboxWidth > 480) { переключить.щелчок() } еще { если (индекс === 0) { переключать.щелчок() } еще { toggle.setAttribute («ария-расширенная», «ложь») form.hidden = «скрытый» priceInfo.hidden = «скрытый» } } }) } начальное состояниеОткрыть() если (window.buyboxInitialized) вернуть window.buyboxInitialized = истина initKeyControls() })()

Транзисторы с биполярным переходом | Теория твердотельных устройств

Биполярный переходной транзистор (BJT) был назван потому, что его работа включает проводимость двумя носителями: электронами и дырками в одном кристалле.Первый биполярный транзистор был изобретен в Bell Labs Уильямом Шокли, Уолтером Браттейном и Джоном Бардином так поздно в 1947 году, что он не был опубликован до 1948 года. Таким образом, многие тексты различаются по дате изобретения. Браттейн изготовил германиевый транзистор с точечным контактом , имеющий некоторое сходство с диодом с точечным контактом. В течение месяца у Шокли был более практичный переходной транзистор , который мы опишем в следующих параграфах. Они были удостоены Нобелевской премии по физике в 1956 году за транзистор.

Транзистор с биполярным переходом, показанный на рисунке ниже (a), представляет собой трехслойный полупроводниковый сэндвич NPN с эмиттером и коллектором на концах и базой между ними. Это как если бы к двухслойному диоду был добавлен третий слой. Если бы это было единственным требованием, у нас была бы не более пары встречно-параллельных диодов. На самом деле, гораздо проще построить пару встречно-параллельных диодов. Ключ к изготовлению транзистора с биполярным переходом состоит в том, чтобы сделать средний слой, базу, как можно тоньше, не закорачивая внешние слои, эмиттер и коллектор.Мы не можем переоценить важность тонкой базовой области.

Соединения BJT

Устройство на рисунке ниже (а) имеет пару переходов, эмиттер-база и база-коллектор, и две области обеднения.

(a) Биполярный транзистор с NPN-переходом. (b) Подайте обратное смещение на переход базы коллектора.

Принято смещать в обратном направлении переход база-коллектор биполярного транзистора, как показано на (рисунок выше (b). Обратите внимание, что это увеличивает ширину обедненной области.Напряжение обратного смещения для большинства транзисторов может составлять от нескольких вольт до десятков вольт. В коллекторной цепи нет протекания тока, кроме тока утечки.

На рисунке ниже (a) к цепи эмиттерной базы добавлен источник напряжения. Обычно мы смещаем прямое смещение перехода эмиттер-база, преодолевая потенциальный барьер 0,6 В. Это похоже на прямое смещение переходного диода. Этот источник напряжения должен превышать 0,6 В, чтобы основные носители (электроны для NPN) перетекали из эмиттера в базу, становясь неосновными носителями в полупроводнике P-типа.

Если бы область базы была толстой, как в паре встречно-параллельных диодов, весь ток, поступающий на базу, вытекал бы из вывода базы. В нашем примере с транзистором NPN электроны, покидающие эмиттер и направляющиеся в базу, будут объединяться с дырками в базе, освобождая место для создания дополнительных дырок на (+) клемме батареи на базе по мере выхода электронов.

Однако основание изготовлено тонким. Несколько основных носителей в эмиттере, инжектированных в базу в качестве неосновных носителей, фактически рекомбинируют.См. рисунок ниже (б). Несколько электронов, инжектированных эмиттером в базу NPN-транзистора, попадают в дырки. Кроме того, небольшое количество электронов, попадающих в базу, течет непосредственно через базу к положительному выводу батареи. Большая часть эмиттерного тока электронов диффундирует через тонкую базу в коллектор. Более того, модуляция малого тока базы приводит к большему изменению тока коллектора. Если базовое напряжение падает ниже примерно 0,6 В для кремниевого транзистора, большой ток эмиттер-коллектор перестает протекать.

Биполярный транзистор с NPN-переходом и обратным смещением коллектор-база: (a) Добавление прямого смещения к переходу база-эмиттер приводит к (b) малому току базы и большим токам эмиттера и коллектора.

Усиление тока BJT

На рисунке ниже мы более подробно рассмотрим текущий механизм усиления. У нас есть увеличенный вид транзистора с переходом NPN с акцентом на тонкую базовую область. Хотя это не показано, мы предполагаем, что внешние источники напряжения 1) смещают в прямом направлении переход эмиттер-база, 2) смещают в обратном направлении переход база-коллектор.Ток уходит от эмиттера к (-) клемме аккумулятора. Базовый ток соответствует токам, поступающим на базовую клемму от (+) клеммы аккумулятора.

Расположение электронов, попадающих в базу: (а) Потерянные из-за рекомбинации с базовыми дырками. (b) Вытекает основной свинец. (c) Большая часть диффундирует из эмиттера через тонкую базу в обедненную область база-коллектор, и (d) быстро сметается сильным электрическим полем обедненной области в коллектор.

Основными носителями в эмиттере N-типа являются электроны, которые становятся неосновными носителями при входе в базу P-типа.Эти электроны сталкиваются с четырьмя возможными судьбами при входе в тонкую базу P-типа. Некоторые из них на рисунке выше (а) попадают в отверстия в основании, которые способствуют протеканию тока базы к клемме (+) аккумулятора. Не показано, дырки в базе могут диффундировать в эмиттер и соединяться с электронами, внося свой вклад в ток на клеммах базы. Немногие в (b) текут через базу к (+) клемме аккумулятора, как если бы база была резистором. И (а), и (б) вносят вклад в очень малый базовый ток. Ток базы обычно составляет 1% от тока эмиттера или коллектора для маломощных транзисторов.Большинство эмиттерных электронов диффундирует прямо через тонкую базу (с) в обедненную область база-коллектор. Обратите внимание на полярность обедненной области, окружающей электрон в точке (d). Сильное электрическое поле быстро уносит электрон в коллектор. Сила поля пропорциональна напряжению коллекторной батареи. Таким образом, 99% тока эмиттера протекает в коллектор. Он управляется током базы, который составляет 1% от тока эмиттера. Это потенциальное усиление тока 99, отношение I C / I B , также известное как бета, β.

Эта магия, диффузия 99% носителей эмиттера через базу, возможна только при очень тонкой базе. Как сложилась бы судьба базовых миноритариев в базе в 100 раз толще? Можно было бы ожидать, что скорость рекомбинации электронов, попадающих в дырки, будет намного выше. Возможно, 99% вместо 1% провалились бы в ямы, так и не добравшись до коллектора. Во-вторых, ток базы может контролировать 99% тока эмиттера, только если 99% тока эмиттера диффундирует в коллектор.Если все это вытекает из базы, никакой контроль невозможен.

Еще одна особенность, объясняющая переход 99% электронов от эмиттера к коллектору, заключается в том, что в реальных транзисторах с биполярным переходом используется небольшой сильно легированный эмиттер. Высокая концентрация эмиттерных электронов заставляет многие электроны диффундировать в базу. Меньшая концентрация легирования в базе означает, что в эмиттер диффундирует меньше дырок, что увеличивает ток базы. Сильно благоприятствует диффузия носителей от эмиттера к базе.

Тонкое основание и сильно легированный эмиттер помогают поддерживать высокую эффективность эмиттера , например 99%. Это соответствует 100% распределению тока эмиттера между базой (1%) и коллектором (99%). Эффективность эмиттера известна как α = I C / I E .

Типы BJT

Биполярные транзисторы доступны как PNP, так и NPN устройства. Мы представляем сравнение этих двух на рисунке ниже. Разница заключается в полярности диодных переходов базы-эмиттера, что обозначено направлением стрелки эмиттера схематического символа.Он указывает в том же направлении, что и стрелка анода для переходного диода, по ходу тока. См. диодный переход, рисунок предыдущий. Точка стрелки и полоса соответствуют полупроводникам P-типа и N-типа соответственно. Для эмиттеров NPN и PNP стрелка указывает соответственно в направлении от основания и от него. Схематической стрелки на коллекторе нет. Однако переход база-коллектор имеет ту же полярность, что и переход база-эмиттер по сравнению с диодом. Обратите внимание, мы говорим о диоде, а не о источнике питания, полярности.

Сравните NPN-транзистор (a) с PNP-транзистором (b). Обратите внимание на направление стрелки эмиттера и полярность питания.

Источники напряжения для транзисторов PNP инвертированы по сравнению с транзисторами NPN, как показано на рисунке выше. В обоих случаях переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении. База PNP-транзистора имеет отрицательное смещение (b) по сравнению с положительным (a) для NPN. В обоих случаях переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Источник питания коллектора PNP является отрицательным по сравнению с положительным для транзистора NPN.

Биполярный переходной транзистор: (а) поперечное сечение дискретного устройства, (б) условное обозначение, (в) поперечное сечение интегральной схемы.

Обратите внимание, что биполярный транзистор на рисунке выше (а) имеет сильное легирование в эмиттере, на что указывает обозначение N+. База имеет нормальный уровень примеси фосфора. Основание намного тоньше, чем показано на поперечном сечении не в масштабе. Коллектор слегка легирован, на что указывает обозначение N. Коллектор должен быть слегка легирован, чтобы переход коллектор-база имел высокое напряжение пробоя.Это приводит к высокому допустимому напряжению питания коллектора. Кремниевые транзисторы с малым сигналом имеют напряжение пробоя 60-80 В. Хотя для высоковольтных транзисторов оно может достигать сотен вольт. Коллектор также должен быть сильно легирован, чтобы свести к минимуму омические потери, если транзистор должен работать с большим током. Эти противоречивые требования удовлетворяются за счет более сильного легирования коллектора в области металлического контакта. Коллектор у базы слабо легирован по сравнению с эмиттером.Сильное легирование эмиттера дает низкое напряжение пробоя эмиттер-база примерно 7 В в транзисторах с малым сигналом. Из-за сильно легированного эмиттера переход эмиттер-база имеет характеристики, подобные стабилитрону при обратном смещении.

Кристалл BJT , кусок нарезанной и нарезанной кубиками полупроводниковой пластины, монтируется коллектором вниз к металлическому корпусу для силовых транзисторов. То есть металлический корпус электрически соединен с коллектором. Небольшой сигнальный кристалл может быть залит эпоксидной смолой.В мощных транзисторах алюминиевые соединительные провода соединяют базу и эмиттер с выводами корпуса. Кристаллы транзисторов с малым сигналом могут быть установлены непосредственно на подводящие провода. Несколько транзисторов могут быть изготовлены на одном кристалле, называемом интегральной схемой . Даже коллектор может быть приклеен к проводу вместо корпуса. Интегральная схема может содержать внутреннюю разводку транзисторов и других интегральных компонентов. Встроенный BJT, показанный на (рис. (c) выше), намного тоньше, чем на чертеже «не в масштабе».Область P+ изолирует несколько транзисторов на одном кристалле. Слой алюминиевой металлизации (не показан) соединяет множество транзисторов и других компонентов. Область эмиттера сильно легирована N+ по сравнению с базой и коллектором для повышения эффективности эмиттера.

Дискретные PNP-транзисторы почти такого же высокого качества, как и NPN-аналог. Тем не менее, интегрированные PNP-транзисторы далеко не так хороши, как разновидность NPN в одном и том же кристалле интегральной схемы. Таким образом, интегральные схемы максимально используют разнообразие NPN.

ОБЗОР:

  • Биполярные транзисторы проводят ток, используя как электроны, так и дырки в одном и том же устройстве.
  • Работа биполярного транзистора в качестве усилителя тока требует, чтобы переход коллектор-база был смещен в обратном направлении, а переход эмиттер-база был смещен в прямом направлении.
  • Транзистор отличается от пары встречных диодов тем, что база, центральный слой, очень тонкая. Это позволяет основным носителям из эмиттера диффундировать в качестве неосновных носителей через базу в обедненную область перехода база-коллектор, где их собирает сильное электрическое поле.
  • Эффективность эмиттера повышается за счет более сильного легирования по сравнению с коллектором. Эффективность излучателя: α = I C / I E , 0,99 для маломощных сигнальных устройств
  • Коэффициент усиления по току равен β=I C /I B , от 100 до 300 для маломощных транзисторов.

СВЯЗАННЫЕ РАБОЧИЕ ЛИСТЫ:

Биполярный транзистор — Характеристические кривые


Из объяснения того, как работает биполярный транзистор, мы можем ожидать, что основной характеристикой биполярного транзистора будет значение коэффициента усиления по току.На практике это значение не является «универсальной константой», а зависит от различных факторов: например. температура транзистора, размер и форма его базовой области, способ легирования его различных частей для превращения их в полупроводники и т. д. уровень, I C . из этого графика видно, что доля электронов, «пойманных» дыркой при попытке пересечь базовую область, немного меняется в зависимости от текущего уровня.Обратите внимание, что на графике не показано бета-значение транзистора, а показан связанный с ним показатель, называемый усилением тока малого сигнала транзистора, h fe . Это похоже на бета-значение, но определяется с точки зрения небольших изменений текущих уровней. Этот параметр более полезен, чем значение бета, при рассмотрении использования транзистора в усилителях сигналов, где нас интересует, как устройство реагирует на изменения приложенных напряжений и токов.

Второй способ, которым мы можем охарактеризовать поведение биполярного транзистора, заключается в соотнесении напряжения база-эмиттер, В BE , которое мы применяем к току базы, I В , который он производит. Как и следовало ожидать, исходя из диодной природы перехода база-эмиттер, эта кривая характеристики напряжения/тока имеет экспоненциальную форму, подобную кривой нормального диода PN-перехода.

Как и в случае с предыдущей кривой, показанный здесь график следует рассматривать только как «типичный» пример, поскольку точный результат будет немного отличаться от устройства к устройству, в зависимости от температуры и т. д.

В большинстве практических ситуаций можно ожидать, что ток коллектора почти полностью определяется выбранным напряжением база-эмиттер. Однако это верно только в том случае, когда напряжение база-коллектор, которое мы применяем, «достаточно велико», чтобы быстро привлечь к коллектору любые свободные электроны, которые входят в базовую область из эмиттера.

Приведенный выше график характеристических кривых дает более полную картину того, что мы можем ожидать от работающего биполярного транзистора. Каждая кривая показывает, как ток коллектора I C зависит от напряжения коллектор-эмиттер V CE для определенного фиксированного значения тока базы I B .Этот тип «семейства» характеристик является одним из наиболее полезных, когда речь идет о создании усилителей и т. д. с использованием биполярных транзисторов, поскольку он содержит довольно много подробной информации.

Когда приложенный уровень В CE «достаточно велик» (обычно выше двух или трех вольт, показанных синим цветом), коллектор может удалять свободные электроны из базы почти так же быстро, как они излучают. вводит их. Следовательно, мы получаем ток, который устанавливается напряжением база-эмиттер, и видим значение усиления по току, которое не сильно меняется, если мы изменим либо базовый ток, либо приложенный потенциал коллектора.

Однако, когда мы уменьшаем потенциал Коллектора так, чтобы В CE было меньше пары вольт, мы обнаруживаем, что он больше не способен эффективно удалять электроны из Базы. Это создает своего рода эффект частичного «блокпоста», когда свободные электроны имеют тенденцию зависать в базовой области. (область кремового цвета) Это делает базовую область «более отрицательной» для любых электронов в эмиттере и имеет тенденцию уменьшать общий ток через устройство. Когда мы снижаем потенциал коллектора, чтобы он стал почти таким же, как у базы и эмиттера, он в конечном итоге перестает вытягивать электроны из устройства, и ток коллектора падает до нуля.

Точное напряжение, при котором Коллектор перестает быть эффективным «сборщиком электронов», зависит от температуры и особенностей изготовления транзистора. В общем, мы можем ожидать, что большинство биполярных транзисторов будут работать эффективно при условии, что мы обеспечим значение не менее двух или трех вольт, а предпочтительно пяти вольт или более. Такое устройство можно использовать как эффективный усилитель. Более низкие напряжения могут помешать его правильной работе.

Обратите внимание, что графики, показанные на этой странице, предназначены только для общего руководства.Некоторые транзисторы могут работать с гораздо более высокими токами или иметь гораздо более высокие коэффициенты усиления по току и т. д. Однако общая схема поведения всех биполярных транзисторов по существу такая же, как описано на этих страницах.


Что такое транзистор с биполярным переходом (BJT)?

Сегодня в этом посте мы подробно обсудим BJT (транзистор с биполярным переходом), включая определение BJT, символ, работу, характеристики, типы и области применения.

Начнем.

Определение:

BJT (биполярный переходной транзистор) представляет собой управляемое током электронное устройство, используемое в основном для усиления и переключения. Он поставляется с тремя клеммами, называемыми эмиттером, базой и коллектором. Небольшой ток на стороне базы используется для управления большим током на остальных клеммах. Ранее BJT состояли из германия, однако в последнее время для изготовления BJT используется кремний.

Символ:

На следующем рисунке показаны символы BJT.Левый — это символ NPN-транзистора, а правый — символ PNP-транзистора.

Стрелки на символе показывают направление тока. Ток течет от базы к эмиттеру в транзисторе NPN и течет от эмиттера к базе в транзисторе PNP.

Рабочий:

Работа BJT начинается с базового штифта. Когда напряжение подается на базовую клемму NPN-транзистора, оно открывает транзистор, и в результате ток начинает течь от коллектора к эмиттерной клемме.Этот ток известен как ток коллектора и обозначается Ic. Поскольку это NPN-транзистор, здесь переход коллектор-база смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер смещен в прямом направлении.

Ширина области обеднения на переходе коллектор-база больше, чем ширина области обеднения перехода база-эмиттер. Барьерный потенциал уменьшается на BE-переходе, который смещен в прямом направлении, и в результате электроны будут двигаться из области эмиттера в область базы.Базовая область слабо легирована и очень тонкая, поэтому она изо всех сил пытается удерживать количество электронов в течение максимального времени.

Эти электроны объединятся с дырками, присутствующими в базовой области, и начнут вытекать из базовой области в виде базового тока. Большое количество оставшихся электронов в базовой области, которые не соединяются с дырками, затем начинают поступать на сторону коллектора в виде коллекторного тока.

Согласно закону тока Кирхгофа ток эмиттера представляет собой комбинацию тока коллектора и тока базы.

То есть = Ib + Ic

Это работа транзисторов NPN. Транзисторы PNP работают так же, но здесь направление тока и полярность напряжения меняются местами.

Характеристики:

Биполярный транзистор также известен как активное полупроводниковое устройство, в котором все три вывода различаются по концентрации примеси. Сторона коллектора умеренно легирована, в то время как вывод эмиттера сильно легирован, а вывод базы, с другой стороны, легирован слабо.

BJT подключаются в трех различных конфигурациях следующим образом:

  • Конфигурация с общей базой
  • Конфигурация с общим эмиттером
  • Конфигурация с общим коллектором

Давайте обсудим их по порядку.

A: Конфигурация с общей базой

В конфигурации с общей базой мы оставим общую клемму базы между выходным и входным сигналами.

Следующая кривая входной характеристики для конфигураций с общей базой представляет собой график между током эмиттера IE по оси y и напряжением база-эмиттер VEB по оси x.

Выходные характеристики конфигурации с общей базой будут отображаться между током коллектора IC по оси y и напряжением коллектор-база VCB по оси x, как показано ниже.

На кривой есть три разных области: активная область, область насыщения и область отсечки. В активной области эмиттерный переход смещен в обратном направлении, в области насыщения и коллекторный, и эмиттерный переходы смещены в прямом направлении, а в области отсечки и коллекторный, и эмиттерный переход смещены в обратном направлении.

B: Конфигурация с общим эмиттером

В конфигурации с общим эмиттером мы оставим клемму эмиттера общей между выходным и входным сигналами.

Входные характеристики конфигурации с общим эмиттером представляют собой график между базовым током IB по оси y и напряжением база-эмиттер VBE по оси x.

Кривая выходных характеристик представляет собой график между током коллектора IC по оси y и напряжением коллектор-эмиттер VCE по оси x.Конфигурация с общим эмиттером также имеет три области. В активной области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В области отсечки ток коллектора не полностью отсекается, а эмиттерный переход не полностью смещен в обратном направлении. В области насыщения и эмиттерный, и коллекторный переходы смещены в прямом направлении.

C: конфигурация с общим коллектором

В конфигурации с общим коллектором, также известной как схема повторителя напряжения, мы оставим клемму коллектора общей между выходным и входным сигналами.

Эта конфигурация в основном используется для согласования импеданса и имеет высокий входной импеданс.

Типы:

Устройства

BJT в основном делятся на два основных типа:

1: NPN-транзистор

2: ПНП-транзистор

Давайте обсудим их один за другим.

1: NPN-транзистор

NPN (отрицательный-положительный-отрицательный) — это тип биполярного транзистора с одним слоем, легированным P, который находится между двумя слоями, легированными N.P-слой представляет базовую клемму, а два N-слоя представляют эмиттерную и коллекторную клеммы. Поскольку это NPN-транзистор, здесь электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями. Когда напряжение подается на вывод базы, он смещается, и ток начинает течь от коллектора к выводу эмиттера.

2: ПНП-транзистор

PNP (положительный-отрицательный-положительный) — это тип биполярного транзистора с одним слоем, легированным азотом, который расположен между двумя слоями, легированными фосфором.N-слой представляет базовую клемму, а два других слоя представляют клеммы эмиттера и коллектора. В этом PNP-транзисторе дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными носителями. Когда напряжение подается на клемму базы, она смещается, и ток начинает течь от эмиттера к клемме коллектора.

Важно отметить, что транзисторы NPN всегда предпочтительнее транзисторов PNP, потому что движение электронов лучше и эффективнее, чем движение дырок.

Применений:

BJT в основном используются для коммутации и усиления.

BJT имеют низкое падение напряжения в прямом направлении и лучший коэффициент усиления по напряжению, что делает их подходящими для приложений по току, напряжению и усиления звука.

Надеюсь, у вас есть четкое представление о BJT. Если у вас есть какие-либо сомнения по поводу этой статьи, вы можете обратиться ко мне в разделе ниже. Я хотел бы помочь вам как можно лучше. Спасибо за прочтение статьи.

5.Транзисторы BJT — elec2210 1.0 документация

5.1. Цели

Этот эксперимент предназначен для ознакомления с реальными характеристиками биполярных транзисторов (BJT) и некоторых их применений. В частности,

  1. Измерим форсированный ток базы и форсированное напряжение база-эмиттер Характеристики IC-VCE

  2. Мы создадим схему инвертора на биполярных транзисторах, чтобы лучше понять концепции насыщения по напряжению и току

  3. Мы научимся использовать биполярный транзистор для включения большого тока при малом напряжении или токе

  4. Мы научимся измерять кривую передачи напряжения (VTC), что является важным методом проектирования широкого спектра аналоговых и цифровых схем, включая усилители и логические элементы

  5. Мы получим больше опыта с макетной системой ELVIS II+

  6. Мы будем продолжать развивать профессиональные лабораторные навыки и навыки письменного общения

5.4. Введение

Подробное описание BJT можно найти в главе 5 учебника ELEC 2210, Microelectronics Circuit Design by R.C. Джагер.

Аббревиатура BJT расшифровывается как Bipolar Junction Transistor. BJT можно рассматривать как устройство, которое регулирует выходной ток, ток коллектора, как правило, либо с входным током, либо с напряжением. Приведенные здесь эксперименты призваны помочь вам понять фундаментальные вольт-амперные характеристики (ВАХ) транзистора в реальном мире, а также ключевые концепции использования биполярных транзисторов в усилителях и переключателях.

Мы будем использовать 2N3904, npn BJT общего назначения с максимальным рабочим током 200 мА и максимальной рассеиваемой мощностью 625 мВт.

Клеммы C, B и E показаны на рисунке 1.

Рисунок 1: Клеммы BJT.

Выходные характеристики BJT с Fo = 25 и VA = 8 показаны на рис. 2.

Рисунок 2: Выходные характеристики NPN.

Для каждой кривой передняя активная область представляет собой область справа от колена, т.е.д., почти плоская часть. Область слева от колена является областью насыщения. Для коммутационных приложений BJT больше всего похож на замкнутый переключатель, когда он находится в области насыщения, где VCE мало. Это больше всего похоже на разомкнутый переключатель, когда он находится в отсечке, с iC = 0,

.

BJT часто используется в качестве переключателя, управляемого током, как показано на рис. 3.

Рисунок 3: NPN используется в качестве коммутатора.

В большинстве коммутационных приложений биполярный транзистор работает в области насыщения, когда он проводит ток.В этой области падение напряжения на клеммах коллектор-эмиттер биполярного транзистора, как и требовалось, мало. Величина тока нагрузки в этом случае определяется значением VCC и характеристиками нагрузки и практически не зависит от входного тока или характеристик BJT.

5.6. Лабораторная работа

Четыре части. Перед тем, как переходить к следующей части, подпишите вашу GTA на каждой части.

5.6.1. Выходные характеристики принудительного ИБ

  1. Включите базу ELVIS и питание макетной платы.

  2. Откройте средство запуска инструментов ELVIS через Пуск > Программы > National Instruments > NI

    ELVISmx для NI ELVIS и NI myDAQ > Средство запуска инструментов NI ELVISmx

    Рис. 6: Расположение панели инструментов.

  3. Откройте программную переднюю панель трехпроводного анализатора напряжения тока.

  4. Тщательно измерьте принудительную выходную характеристику IB транзистора 2N3904 NPN следующим образом.Установите шаг Vc на 0,05 В и установите количество кривых на 5, как показано на рис. 7. Подключите коллектор к клемме DUT+ (контакт 29 на нижней левой клеммной колодке), подключите эмиттер к клемме DUT- и подключите базу к клемме BASE, показанной на рис. 7. Если смотреть на плоскую сторону транзистора, выводы эмиттера, базы и коллектора слева направо, как показано выше на рис. 1.

    Рис. 7: Настройки трассировщика для 2N3904 bjt.

    Рис. 8: Расположение клемм трехпроводного анализатора.

  5. Нажмите «Выполнить». Трассировщик кривой должен медленно рисовать график.

  6. Щелкните журнал, чтобы сохранить данные для последующего анализа. Сохраните также снимок экрана. Используя Excel или Matlab, постройте график как функцию VCE для IB = 30 мкА. Определите область насыщения и переместите активные области на свой снимок экрана.

5.6.2. Принудительные выходные характеристики VBE

Теперь мы измерим, как IC изменяется с VCE для форсированных напряжений база-эмиттер.Аналоговые выходы будут использоваться для установки напряжения базы и коллектора, а ток коллектора измеряется мультиметром ELVIS. Поскольку аналоговые выходы имеют очень маленькую токовую нагрузку, будут использоваться два неинвертирующих операционных усилителя с единичным коэффициентом усиления.

  1. Соберите схему, показанную на рис. 9. Требуется только один операционный усилитель RC4558; на каждом чипе по два усилителя. Подключите неинвертирующие входы к аналоговым выходам ELVIS (контакты 31 и 32), как показано на рисунке.

    Рис. 9: Схема измерения принудительной характеристики Vbe.

    На рис. 10 показан внешний вид операционного усилителя 4558 с помеченными выводами.

    Рисунок 10: Распиновка 4558.

  2. Загрузите программу LabVIEW здесь .

  3. Используйте следующие настройки, как показано на рисунке 11.

    Рис. 11: Настройки трассировщика для 2N3904 bjt.

  4. Сохраните снимок экрана и определите области прямой активности и области насыщения.

5.6.3. Характеристики переключения транзистора NPN

Широко используемый метод для понимания работы схемы заключается в сканировании входного или исходного напряжения, и наблюдайте, как реагирует интересующее выходное напряжение. При моделировании схемы это делается с помощью развертки постоянного напряжения. анализ. Результатом является кривая передачи напряжения (VTC). VTC полезны при анализе широкого спектра аналоговых и цифровых схем.

Здесь мы будем использовать аналоговый выход AO0 для обеспечения программируемого входного напряжения, и используйте AI0 для экспериментального измерения выходного напряжения схемы переключения транзистора NPN.Схема здесь по сути представляет собой инвертор BJT, который также можно использовать в качестве усилителя. когда точка смещения установлена ​​в область, где выходное напряжение изменяется быстрее всего с входным напряжением.

  1. Соберите схему, показанную на рис. 12. Клемма +5 В — это нижний штырек на нижней левой клеммной колодке.

    Рис. 12: Схема включения NPN-транзистора.

  2. Подключите AO0 к входу, AI0+ к коллектору, который является выходом, и AI0- к земле.

  3. Загрузите программу LabVIEW здесь .

  4. Измените количество шагов на 60 или 100. Нажмите «Выполнить». Вы должны увидеть график, аналогичный показанному на рисунке 13. Сохраните снимок экрана.

    Рис. 13: Схема переключения BJT VTC.

  5. Повторно подключите AI0+ и AI0- к нагрузочному резистору коллектора. Перезапустите программу. Сохраните снимок экрана. Щелкните правой кнопкой мыши график и экспортируйте данные для последующего анализа.

  6. Повторно подключите AI0+ и AI0- через резистор последовательно с базой. Перезапустите программу и сохраните скриншот. Эти данные можно использовать позже для расчета базового тока.

  7. Повторно соедините AI0+ и AI0- между базой и эмиттером. Перезапустите программу и сохраните скриншот.

При необходимости можно изменить шаг развертки.

Что делать в лабораторном отчете?

Обсудите, при каком Vin выходное напряжение начинает заметно падать? Как это соотносится с 0.7V, напряжение включения соединения Si PN? Напомним, что переход база-эмиттер по сути является PN-переходом, только электронный ток переносится на коллектор.

Определите 3 различных рабочих участка (отсечка, прямое активное, обратное активное или насыщение) на кривой Vout-Vin.

Сюжет IC и IB против Vin. Объясните, как бета, соотношение IC/IB, изменяется с Vin.

5.6.4. Транзистор как переключатель

Здесь мы используем транзистор в качестве переключателя для включения и выключения нагрузки, которая может быть светодиодом, вентилятором или динамиком.Низкое входное напряжение или ток отключают ток коллектора. Высокое входное напряжение или ток базы включают транзистор. Естественная способность транзистора усиливать ток позволяет нам включать и выключать гораздо больший ток, используя источник с ограниченной способностью управления током, например. выход цифрового чипа. Здесь мы будем имитировать вывод цифрового чипа с помощью цифрового записывающего устройства.

Транзисторы можно использовать в качестве переключателей, когда мы хотим подключить нагрузку к интегральной схеме, которой не может управлять микросхема.Здесь транзистор используется как электронное реле. Другой способ думать об этом состоит в том, что транзистор используется для усиления ограниченного выходного тока чипа для питания гораздо большей нагрузки. В этой лабораторной работе NPN-транзистор будет использоваться для управления вентилятором. Сам транзистор будет управляться цифровым записывающим устройством ELVIS, которое обычно не может питать вентилятор.

  1. Соберите схему, показанную на рис. 14. Контакты цифрового ввода/вывода находятся на верхней правой клеммной колодке. Используйте DIO 0 (контакт 1).Чтобы использовать мультиметр для измерения тока, необходимо использовать гнезда COM и A, а не гнездо V ->|-, как это использовалось ранее. Также обратите внимание, что амперметр должен быть включен последовательно с цепью.

    Рис. 14: Соединения схемы для демонстрации BJT в качестве коммутатора.

  2. Откройте цифровой мультиметр, выберите DC Current и нажмите Run, как показано на рис. 15.

    Рисунок 15: Цифровой мультиметр.

  3. Откройте Digital Writer, нажмите «Выполнить» и переключите младший значащий бит (правый переключатель).

    Рис. 16: Цифровой записывающий модуль.

  4. Измерить и записать в таблицу значения VCE, VBE, VBC, IB и IC при включенном и выключенном светодиоде. Чтобы определить IB, измерьте падение напряжения на RB с помощью цифрового мультиметра Fluke или цифрового мультиметра ELVIS и используйте закон Ома для расчета тока базы. Если используется бортовой вольтметр, необходимо отсоединить амперметр от коллектора. Можете ли вы подтвердить, что BJT находится в состоянии насыщения, когда светодиод горит, и в отсечке, когда светодиод не горит? (Подсказка: при насыщении оба перехода должны быть смещены в прямом направлении.В режиме отсечки оба перехода должны быть смещены в обратном направлении.)

  5. Замените Rb резистором 1. Замените светодиод и резистор 330 Ом вентилятором и повторите. Соблюдайте полярность вентилятора (черный провод должен быть подключен к коллектору биполярного транзистора, красный к цифровому мультиметру). Измерьте и запишите VCE, VBE, VBC, IB и IC, когда вентилятор включен и когда он выключен. Насыщается ли транзистор при включенном вентиляторе?

Gale Apps — Технические трудности

Технические трудности

Приложение, к которому вы пытаетесь получить доступ, в настоящее время недоступно.Приносим свои извинения за доставленные неудобства. Повторите попытку через несколько секунд.

Если проблемы с доступом сохраняются, обратитесь за помощью в наш отдел технической поддержки по телефону 1-800-877-4253. Еще раз спасибо, что выбрали Gale, обучающую компанию Cengage.

org.springframework.remoting.RemoteAccessException: невозможно получить доступ к удаленной службе [[email protected]]; вложенным исключением является Ice.Неизвестное исключение unknown = «java.lang.IndexOutOfBoundsException: индекс 0 выходит за границы для длины 0 в java.base/jdk.internal.util.Preconditions.outOfBounds(Preconditions.java:64) в java.base/jdk.internal.util.Preconditions.outOfBoundsCheckIndex(Preconditions.java:70) в java.base/jdk.internal.util.Preconditions.checkIndex(Preconditions.java:248) в java.base/java.util.Objects.checkIndex(Objects.java:372) на Яве.база/java.util.ArrayList.get(ArrayList.java:458) в com.gale.blis.data.subscription.dao.LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.populateSessionProperties(LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.java:60) в com.gale.blis.data.subscription.dao.LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.reQuery(LazyUserSessionDataLoaderStoredProcedure.java:53) в com.gale.blis.data.model.session.UserGroupEntitlementsManager.reinitializeUserGroupEntitlements(UserGroupEntitlementsManager.ява:30) в com.gale.blis.data.model.session.UserGroupSessionManager.getUserGroupEntitlements(UserGroupSessionManager.java:17) в com.gale.blis.api.authorize.contentmodulefetchers.CrossSearchProductContentModuleFetcher.getProductSubscriptionCriteria(CrossSearchProductContentModuleFetcher.java:244) на com.gale.blis.api.authorize.contentmodulefetchers.CrossSearchProductContentModuleFetcher.getSubscribedCrossSearchProductsForUser(CrossSearchProductContentModuleFetcher.ява:71) на com.gale.blis.api.authorize.contentmodulefetchers.CrossSearchProductContentModuleFetcher.getAvailableContentModulesForProduct(CrossSearchProductContentModuleFetcher.java:52) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.productentry.strategy.AbstractProductEntryAuthorizer.getContentModules(AbstractProductEntryAuthorizer.java:130) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.productentry.strategy.CrossSearchProductEntryAuthorizer.isAuthorized(CrossSearchProductEntryAuthorizer.ява:82) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.productentry.strategy.CrossSearchProductEntryAuthorizer.authorizeProductEntry(CrossSearchProductEntryAuthorizer.java:44) на com.gale.blis.api.authorize.strategy.ProductEntryAuthorizer.authorize(ProductEntryAuthorizer.java:31) в com.gale.blis.api.BLISAuthorizationServiceImpl.authorize_aroundBody0(BLISAuthorizationServiceImpl.java:57) на com.gale.blis.api.BLISAuthorizationServiceImpl.authorize_aroundBody1$advice(BLISAuthorizationServiceImpl.ява: 61) на com.gale.blis.api.BLISAuthorizationServiceImpl.authorize(BLISAuthorizationServiceImpl.java:1) на com.gale.blis.auth._AuthorizationServiceDisp._iceD_authorize(_AuthorizationServiceDisp.java:141) в com.gale.blis.auth._AuthorizationServiceDisp._iceDispatch(_AuthorizationServiceDisp.java:359) в IceInternal.Incoming.invoke(Incoming.java:209) в Ice.ConnectionI.invokeAll(ConnectionI.java:2800) на льду.ConnectionI.dispatch(ConnectionI.java:1385) в Ice.ConnectionI.message(ConnectionI.java:1296) в IceInternal.ThreadPool.run(ThreadPool.java:396) в IceInternal.ThreadPool.access$500(ThreadPool.java:7) в IceInternal.ThreadPool$EventHandlerThread.run(ThreadPool.java:765) в java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:834) » org.springframework.remoting.ice.IceClientInterceptor.convertIceAccessException(IceClientInterceptor.java:365) org.springframework.remoting.ice.IceClientInterceptor.invoke(IceClientInterceptor.java:327) org.springframework.remoting.ice.MonitoringIceProxyFactoryBean.invoke(MonitoringIceProxyFactoryBean.java:71) org.springframework.aop.framework.ReflectiveMethodInvocation.proceed(ReflectiveMethodInvocation.java:186) org.springframework.aop.framework.JdkDynamicAopProxy.invoke(JdkDynamicAopProxy.java:212) com.sun.proxy.$Proxy130.authorize(Неизвестный источник) com.gale.auth.service.BlisService.getAuthorizationResponse(BlisService.java:61) com.gale.apps.service.impl.MetadataResolverService.resolveMetadata(MetadataResolverService.java:65) com.gale.apps.controllers.DiscoveryController.resolveDocument(DiscoveryController.java:57) ком.gale.apps.controllers.DocumentController.redirectToDocument(DocumentController.java:22) jdk.internal.reflect.GeneratedMethodAccessor252.invoke (неизвестный источник) java.base/jdk.internal.reflect.DelegatingMethodAccessorImpl.invoke(DelegatingMethodAccessorImpl.java:43) java.base/java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:566) org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.doInvoke(InvocableHandlerMethod.ява: 215) org.springframework.web.method.support.InvocableHandlerMethod.invokeForRequest(InvocableHandlerMethod.java:142) org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.ServletInvocableHandlerMethod.invokeAndHandle(ServletInvocableHandlerMethod.java:102) org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter.invokeHandlerMethod (RequestMappingHandlerAdapter.java:895) org.springframework.web.servlet.mvc.method.annotation.RequestMappingHandlerAdapter.handleInternal (RequestMappingHandlerAdapter.java:800) org.springframework.web.servlet.mvc.method.AbstractHandlerMethodAdapter.handle(AbstractHandlerMethodAdapter.java:87) org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet.doDispatch(DispatcherServlet.java:1038) org.springframework.web.servlet.DispatcherServlet.doService(DispatcherServlet.java:942) орг.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.processRequest(FrameworkServlet.java:998) org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.doGet(FrameworkServlet.java:890) javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:626) org.springframework.web.servlet.FrameworkServlet.service(FrameworkServlet.java:875) javax.servlet.http.HttpServlet.service(HttpServlet.java:733) орг.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:227) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.apache.tomcat.websocket.server.WsFilter.doFilter(WsFilter.java:53) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.ява: 162) org.apache.catalina.filters.HttpHeaderSecurityFilter.doFilter(HttpHeaderSecurityFilter.java:126) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.servlet.resource.ResourceUrlEncodingFilter.doFilter(ResourceUrlEncodingFilter.java:63) орг.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:101) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:101) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:101) орг.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter.doFilter(ErrorPageFilter.java:130) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter.access$000(ErrorPageFilter.java:66) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter$1.doFilterInternal(ErrorPageFilter.java:105) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.springframework.boot.web.servlet.support.ErrorPageFilter.doFilter(ErrorPageFilter.java:123) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.ява: 162) org.springframework.boot.actuate.web.trace.servlet.HttpTraceFilter.doFilterInternal(HttpTraceFilter.java:90) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) орг.springframework.web.filter.RequestContextFilter.doFilterInternal (RequestContextFilter.java: 99) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.FormContentFilter.doFilterInternal (FormContentFilter.java: 92) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.HiddenHttpMethodFilter.doFilterInternal (HiddenHttpMethodFilter.ява:93) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.boot.actuate.metrics.web.servlet.WebMvcMetricsFilter.filterAndRecordMetrics(WebMvcMetricsFilter.java:154) орг.springframework.boot.actuate.metrics.web.servlet.WebMvcMetricsFilter.filterAndRecordMetrics(WebMvcMetricsFilter.java:122) org.springframework.boot.actuate.metrics.web.servlet.WebMvcMetricsFilter.doFilterInternal(WebMvcMetricsFilter.java:107) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) орг.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.springframework.web.filter.CharacterEncodingFilter.doFilterInternal (CharacterEncodingFilter.java:200) org.springframework.web.filter.OncePerRequestFilter.doFilter(OncePerRequestFilter.java:107) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.internalDoFilter(ApplicationFilterChain.java:189) org.apache.catalina.core.ApplicationFilterChain.doFilter(ApplicationFilterChain.java:162) org.apache.catalina.core.StandardWrapperValve.invoke(StandardWrapperValve.java:202) org.apache.catalina.core.StandardContextValve.invoke(StandardContextValve.java:97) org.apache.catalina.authenticator.AuthenticatorBase.invoke(AuthenticatorBase.java:542) org.apache.catalina.core.StandardHostValve.invoke(StandardHostValve.java:143) org.apache.каталина.клапаны.ErrorReportValve.invoke(ErrorReportValve.java:92) org.apache.catalina.valves.AbstractAccessLogValve.invoke(AbstractAccessLogValve.java:687) org.apache.catalina.core.StandardEngineValve.invoke(StandardEngineValve.java:78) org.apache.catalina.connector.CoyoteAdapter.service(CoyoteAdapter.java:357) org.apache.coyote.http11.Http11Processor.service(Http11Processor.java:374) орг.apache.койот.AbstractProcessorLight.process(AbstractProcessorLight.java:65) org.apache.coyote.AbstractProtocol$ConnectionHandler.process(AbstractProtocol.java:893) org.apache.tomcat.util.net.NioEndpoint$SocketProcessor.doRun(NioEndpoint.java:1707) org.apache.tomcat.util.net.SocketProcessorBase.run(SocketProcessorBase.java:49) java.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor.runWorker(ThreadPoolExecutor.java:1128) Ява.base/java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor$Worker.run(ThreadPoolExecutor.java:628) org.apache.tomcat.util.threads.TaskThread$WrappingRunnable.run(TaskThread.java:61) java.base/java.lang.Thread.run(Thread.java:834)

40. Поведение биполярных транзисторов|Chip One Stop

Биполярный транзистор (Bipolar Transistor) представляет собой тип транзистора, полученный с использованием p-n перехода полупроводника.Он называется транзистором переходного типа. Существуют две структуры соединения, называемые pnp и npn, и направление, в котором ток течет по каждой структуре соединения, меняется на противоположное. Это трехполюсная структура, и соответствующие названия: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C). Он используется при назначении усиления тока и переключения. Происхождение названия биполярного транзистора связано с тем, что карьера, связанная с работой, имеет два типа электронов и дырок, поэтому используется название hte bi (значение двух).Полярный — это значение полюса. С другой стороны, поскольку транзистор с полевым эффектом (FET: Field EffectTransistor) относится только к 1 типу, который является носителем, связанным с работой, является только электрон или дырка, поэтому он называется объединением с Uni (значение одного) и полярным. Это указывает в основном на биполярный транзистор, когда называют транзистор до сих пор, потому что первым изобретенным транзистором был биполярный транзистор.

Характеристики

В качестве характеристики можно отметить то, что ток коллектора течет от десятков до нескольких сотен раз против малого тока базы.Функция усиления достигается с помощью этой функции. Даже если напряжение коллектора изменяется, ток коллектора остается почти постоянным (постоянная характеристика тока). Необходимо сравнить базовое напряжение с напряжением эмиттера, чтобы поддерживать его на 0,6-0,7 В выше (для npn-типа) для отвода тока базы, поскольку интервал базы-эмиттера устроен так же, как диод. Функция переключения достигается за счет использования этой разности потенциалов. В целом коэффициент усиления повышается по сравнению с полевым транзистором (FET).Однако энергопотребление больше при работе целиком, потому что он работает в режиме полного тока. Это недостаток по сравнению с устройством типа полевого эффекта (вакуумная лампа и полевой транзистор), которое работает в режиме напряжения при работе с большой мощностью. Следовательно, это невозможно реализовать, если не будет получен требуемый ток для работы транзистора для усиления минутного сигнала. Необходимо соблюдать осторожность в отношении точки ограничения скорости работы, поскольку существует несколько специфических кумулятивных эффектов несущей в структуре для отвода тока в переходе диода.Тем не менее, можно сказать, что его легко использовать с ограничениями в подаче напряжения, потому что для напряжения требуется только напряжение насыщения (оно составляет 0,6-0,7 В в случае обычного биполярного транзистора) соединительной секции, даже если она разряжена как электрический ток в качестве управляющего сигнала ВКЛ/ВЫКЛ выключателя.

Тип

Как упоминалось ранее, три терминала соответственно называются Излучатель (E), База (B) и Коллектор (C). И структура pnp, и терминалы структуры npn в центре являются основаниями.Выводы Эмиттера, Базы и Коллектора соответствуют выводам катода лампы, сетки, вывода пластины и истока полевого транзистора (ПТ), затвора, стока. Транзистор npn ламинировал полупроводник в порядке n-типа, p-типа и n-типа, а pnp-транзистор ламинировал полупроводник в порядке p-типа, n-типа и p-типа. Оба изображения представлены на симметричном рисунке, но в реальном транзисторе нормальная работа не может быть достигнута, если не улучшить концентрацию загрязняющих веществ полупроводника на стороне эмиттера.

Основной максимальный рейтинг

Максимальный коллектор
– напряжение эмиттера

Максимальное значение напряжения, которое может быть приложено между эмиттером и коллектором, когда база находится в открытом состоянии. При подаче напряжения, превышающего это, на участке соединения возникнет лавинный пробой, который будет разрушен.

Максимальный коллектор
– базовое напряжение

Максимальное значение напряжения, которое может быть приложено между коллектором и базой

Максимальный излучатель
– базовое напряжение

Максимальное значение напряжения, которое может быть приложено между эмиттером и базой

Максимальный ток коллектора

Максимальное значение тока, которое может непрерывно отводиться в коллектор.Или максимальное значение тока коллектора, которое может быть получено, чтобы выдержать коэффициент усиления для практического использования.

Максимальный базовый ток

Максимальное значение тока, которое может отводиться от базы к эмиттеру

Максимальные потери коллектора

Максимальные потери мощности коллектора, которые могут непрерывно потребляться

Основные электрические характеристики

Коэффициент усиления по постоянному току

Отношение тока базы и тока коллектора в цепи усиления заземления эмиттера

Частота среза

Частота, при которой коэффициент усиления по току становится равным 1.Ее также называют частотой перехода.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.