- •Министерство образования
- •Электрические сигналы.
- •Синусоидальный сигнал.
- •Прямоугольный (меандровый) сигнал.
- •Линейно-меняющиеся сигналы.
- •Импульсные сигналы.
- •Сигнал шумов.
- •Модулированные сигналы.
- •Максимальная рассеиваемая мощность.
- •Классификация диодов.
- •Примеры использования диодов.
- •Способы включения и режимы работы биполярного транзистора.
- •Предельные значения напряжения и тока биполярного транзистора.
- •Модель транзистора, содержащая энергоемкие элементы.
- •Полевые транзисторы с p-n-переходом.
- •Полевые транзисторы со структурой типа металл-окисел-полупроводник (моп-транзисторы).
- •Предельные значения напряжения и тока для полевых транзисторов.
- •Модель полевого транзистора.
- •Лекция № 10. Электронные усилители. План лекции.
- •Лекция № 11. Основные технические показатели усилителей.
- •Лекция № 12. Выбор рабочей точки усилителя. План лекции.
- •Анализ схемы эмиттерного повторителя на биполярном транзисторе.
- •Вах транзистора представлен на рис. 2.4.2:
- •Истоковый повторитель.
- •Методика расчета каскадов усилителей низкой частоты на операционных усилителях.
- •Аналоговые имитаторы.
- •Дифференцирующие схемы.
- •Из рис. 4.2 следует, что выходные токи и их разности соответственно равны.
- •Делитель напряжений.
- •Здесь подводимое к инвертирующему входу напряжение определяется
- •При этом выходное напряжение оу можно записать
- •Фазовый детектор.
- •Функции алгебры логики
- •Формы представления логических функций
- •3. Все полученные конъюнкции соединяются законом дизъюнкции.
- •Аксиомы и законы алгебры-логики
- •Мультиплексоры
- •Демультиплексоры и дешифраторы
- •Сумматоры
- •Уровни напряжений.
- •Помехоустойчивость
- •Нагрузочная способность
- •Быстродействие
- •Диодно-транзисторная логика
- •Транзисторно-транзисторная логика
- •Транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки.
- •Логические схемы с эмиттерными связями
- •Комплиментарная логика
- •Схемы с открытым коллектором
- •Тристабильные схемы.
Предельные значения напряжения и тока биполярного транзистора.
Величина максимально допустимой мощности рассеяния для данного транзистора зависит от его размеров, конструкции, а также от температуры окружающей среды. Величина допустимой рассеиваемой мощности ограничивается максимально допустимой температурой прибора (150-200 С для кремниевых транзисторов).
В транзисторе, работающем в режиме усиления, подавляющая часть рассеиваемой мощности выделяется в области коллекторного перехода. Следовательно, эту мощность можно определить как про изведение Uкэ и iк:
Ррас = Uкэ*iк
Если Ррас max, то
Существуют пределы и на максимальные значения Uкэ и iк. Ток коллектора ограничен той предельной величиной, которую способны выдержать, не разрушаясь, тонкие проводнички, соединяющие кристалл проводника с внешними выводами. При превышении этого значения проводнички перегорают, что приводит к внутреннему разрыву цепи в одном или нескольких местах.
На рис. 1.5.11. выделена область допустимых положений рабочей точки для транзистора.
рис. 1.5.11. Область допустимых положений рабочей точки.
В паспорте транзистора указывается максимально допустимый ток коллектора iк, превышать который не разрешается. Максимально допустимое напряжение на коллекторном переходе транзистора опре деляется процессом лавинного размножения в этом переходе. Т.е. увеличение Uкэ приводит в конце концов к лавинному пробою кол лекторного перехода (рис. 1.5.12).
рис. 1.5.12. Поведение вольтамперных характеристик при приближении к напряжению пробоя.
Лекция №5. Модели биполярных транзисторов.
План лекции.
1. Модель биполярного транзистора в режиме большого сигнала;
2. Низкочастотная малосигнальная модель транзистора.
Модель биполярного транзистора в режиме большого сигнала (модель 1).
Если изменения напряжений и токов достаточно велики, т.е. схема работает в режиме большого сигнала, то при расчете таких схем необходимо учитывать всю нелинейную характеристику транзистора.
Работу транзистора в этом случае можно промоделировать, если входную цепь реального транзистора, представляющую собой эмиттерный переход, заменить полупроводниковым диодом с экспоненциальной ВАХ, а действие смещенного в обратном направлении коллекторного перехода представить эквивалентным генератором тока (рис. 1.5.13).
рис. 1.5.13. Модель транзистора в режиме большого сигнала.
Iэо – обратный ток насыщения диода в цепи Э - Б.
Эта модель справедлива как в режиме усиления, так и в режиме отсечки. Действительно, если Uбэ уменьшится до 0,6 В, то ток базы, а вместе с ним и ток коллектора станут равными 0. В режиме же насыщения эта модель представляет собой транзистор, не совсем корректно. Поэтому при использовании этой модели и в случае, когда может возникнуть режим насыщения будем считать, что он наступает при некотором значении напряжения Uкэ = Uкэнас. Практическая ценность приведенной модели справедливой при Uкэ > Uкэнас и iб > 0 состоит в том, что ее можно использовать при расчетах рабочей точки транзисторных схем.
Низкочастотная малосигнальная модель транзистора (модель 2).
На практике очень часто возникает задача усиления малых ана логовых сигналов. В этом случае полная ВАХ транзистора не требуется. Вместо этого важно знать его поведение в достаточно узкой области изменений напряжения и тока. При малых изменениях интересующий нас участок характеристики можно считать линейным. Это дает возможность построить П-образную модель транзистора, позволяющую проводить анализ различных усилительных схем на биполярных транзисторах.
В рассматриваемом случае ток коллектора и базы транзистора можно представить в следующем виде:
где , – постоянные составляющие тока базы и коллектора, соответствующие выбранной рабочей точке.
, – переменные составляющие тока базы и коллектора, несущие полезную информацию и представляющие собой малые величины.
Как было ранее установлено:
По аналогии можно записать:
Различие между 0исостоит в том, что0представляет собой коэффициент усиления транзистора по току в определенной рабочей точке, тогда какявляется средней величиной, одинаковой для всех рабочих точек. Численное значение0обычно достаточно близко к.
Используя выражение (1.5.2) можно записать:
Но , где – значение напряжения в рабочей точке ()
–малый переменный сигнал
(1.5.3)
Т.к. Uбэ – малая величина, то можно разложить в ряд Маклорена. Ограничиваясь линейными членами разложения, запишем:
Подставляя это выражение в (1.5.3) получим:
с другой стороны:
Тогда:
(1.5.4)
а так как
(1.5.5)
(1.5.6)
Представим себе, что линейной зависимости (1.5.5) соответствует включенный в коллекторную цепь эквивалентный генератор тока с амплитудой и линейную связь между и представим сопротивлением между базой и эмиттером. Это сопротивление обозначим rбэ и его величина определяется из соотношения:
rбэ = 0 (1.5.7)
Следует заметить, что rбэ должно быть положительно, а т.к. единственная переменная, которая влияет на знак rбэ есть , то в выражении для rбэ нужно брать по модулю т.е.
rбэ = 0(1.5.8)
В этом случае (1.5.8) будет справедливо для транзисторов n-p-n и p-n-p типов. Исходя из приведенного описания, модель транзистора можно представить в следующем виде (рис. 1.5.14):
рис. 1.5.14. Модель транзистора.
Или т.к. , то приведенную модель можно представить еще так (рис. 1.5.15)
рис. 1.5.15. Гибридная П-образная модель транзистора.
Коэффициент g называют КРУТИЗНОЙ и он определяется выражением:
(1.5.9)
Отметим, что для любого транзистора величина g зависит только от постоянной составляющей тока коллектора , температуры p-n-перехода транзистора T и констант q и k. Нахождение величины , определяющей положение рабочей точки, – задача нелинейная, которая требует анализа схемы в режиме большого сигнала и может быть решена либо графически, либо при помощи соответствующей модели, справедливой в режиме большого сигнала (модель 1).
Но после того как величина найдена, можно сразу же вычислить g. Например, при комнатной температуре получим:
g[См] = 0,04*[мА]
В заключении заметим, что построенная здесь П-образная модель транзистора содержит только активные сопротивления и не учитывает инерционные свойства транзистора. Такая резистивная модель обычно справедлива в диапазоне звуковых частот, т.е. до 10 кГц.
Лекция № 6. Модели биполярных транзисторов.
План лекции.
1. Модель транзистора, содержащая энергоемкие элементы;
2. Методика определения параметров гибридных П-образных схем транзисторов.