Входные вах биполярного транзистора в схеме включения об.

Вопрос. 32 Выходные ВАХ биполярного транзистора в схеме с ОБ. Распределение зарядов в базе.

Вопрос. 33 ВАХ реальных транзисторов. Эффект Эрли

Для реальных транзисторов необходимо учитывать зависимости

(4.28)

1 . -обратный ток реального коллекторного перехода содержит кроме теплового, токи термогенерации и утечки, увеличение напряжения сопровождается ростом тока и возникновением пробоя. Эти явления проявляются на всех кривых семейства.

2. - эффект Эрли – изменение ширины базы w при изменении ширины коллекторного перехода lк . Изменение ширины базы приводит к изменению отношения w/Lp, к изменению величины коэффициента переноса  и α.

Для увеличения  база должна быть тонкой и низколегированной. Коллекторный переход располагается почти полностью в области базы и расширяется при увеличении напряжения на коллекторе в область базы. С ростом к ширина базы уменьшается. Чем меньше ширина базы ,тем быстрее инжектированные заряды проходят в коллектор , это равносильно увеличению коэффициента переноса  и .. На выходных ВАХ эффект Эрли проявляется в росте тока коллектора при увеличении обратного напряжения на коллекторе. В схеме включения ОЭ эффект Эрли является существенным фактором, определяющим вид ВАХ.

Вопрос. 34 Транзистор в схеме включения с ОЭ. Коэффициент передачи тока базы. Обратный ток коллектора.

Iк=αIэ+Iко

Iэ=Iк+IБ

Iк= α(Iк+IБ)+Iко= αIк+ αIБ+Iко

(1-α)Iк= αIБ+Iко

(4.29)

Коэффициент передачи тока базы

(4.30)

Отношения токов в схемах ОБ и ОЭ:

В схеме ОЭ качественно изменяется обратный ток коллектора. В схеме ОБ I_КО= I_КБО–обратный ток коллектора при обрыве эмиттера (I_Э=0), а в схеме ОЭ I_КЭО=I*_КО - обратный ток коллектора при обрыве базы (I_Б=0).

Из (4.29) при I_Б=0

Iкэо=I*ко=Iко/(1-α)=(1+β)Iко>> Iко. (4.31)

В схеме ОЭ ток Iко не выводится из области базы, воспринимается как внешний и усиливается в β раз. Физически: образующие тепловой ток коллекторного перехода неосновные заряды (дырки) накапливаются в базе, а основные (электроны) дрейфуют в коллектор. В p-слое базе накапливается положительный заряд. Эмиттерный переход смещается в прямом направлении, → инжекция и транзит – внутреннее усиление, Iкэо>>Iко.

Вопрос. 35 Входные ВАХ в схеме ОЭ.

1. Uкэ=0.

UкБ=UэБ, UБЭ=UБК

2. Прямое напряжение на коллекторном переходе. Uкэ<0 (n-p-n), Uкэ>0 (p-n-p). Режим, близкий к насыщению. Ток базы резко увеличивается за счёт прямого тока коллекторного перехода.

3. Uкэ - обратное (+ n-p-n) (- p-n-p). Как правило, приводят ВАХ при Uкэ=5В. Такое значение удовлетворяет условию _Т<< Uкэ<<U_ПРОБ.

Ток базы равен разности тока эмиттера и тока коллектора и меньше тока эмиттера в 1+β раз.

При Uкэ >1..2в кривые семейства очень мало отличаются друг от друга.

Вопрос. 36 Выходные ВАХ биполярного транзистора в схеме с ОЭ. Распределение заряда в базе.

ОБ: Iк=f(UкБ) при Iэ=const

ОЭ: Iк=f(Uкэ) при IБ=const

1. По сравнению с выходными ВАХ ОБ параметр

IБ =Iэ/(1-β), а не Iэ.

2. Аргументом является напряжение Uкэ=UкБ+UБэ=UкБ-UэБ – кривые семейства сдвигаются вправо на величину UБэ, причем чем больше ток эмиттера (коллектора), тем сильнее сдвиг, так как UЭБ=f(Iэ) (4.12).

В активном режиме Iк=IБ∙β+Iко*

Вопрос. 37 Предельно –допустимые параметры биполярного транзистора.

1. Iкмакс- максимально допустимый постоянный ток коллектора.

2. Iк,и,макс - максимально допустимый импульсный ток коллектора.

3. UКБ макс- максимально допустимое постоянное обратное напряжение коллектор-база.

4. UКЭRмакс - максимально допустимое постоянное обратное напряжение коллектор - эмиттер при заданном значении сопротивления в цепи база-эмиттер.

5. UКЭмакс - максимально допустимое постоянное обратное напряжение коллектор-эмиттер.

Uкэ макс≤UкэR макс≤UкБ макс

6. UэБ макс- максимальное допустимое постоянное обратное напряжение на эмиттерном переходе.

7.Pк макс – максимально допустимая постоянная мощность на коллекторе.

8. TП макс - максимальная температура коллекторного перехода, для Si

125-155ºC

9. RT(П-К), [град/Вт] - тепловое сопротивление переход (коллекторный) -корпус.

Вопрос. 38 Работа транзистора на нагрузку. Статическая линия нагрузки (СЛН).

2 -ой закон Кирхгофа: Iк∙Rк+Uкэ=Ек

Iк=(Eк-Uкэ)/Rк=Eк/Rк-Uкэ/Rк – на плоскости UкIк это уравнение прямой.

Строим линию:

1. Uкэ=0 Iк=Eк/Rк

2. Iк=0 Uкэ=Eк

Статической линией нагрузки называется траектория движения точки с координатами [Iк;Uкэ] на постоянном токе, или на низких частотах. Т.1 – область насыщения, т. 2 –область отсечки.

Точка покоя – O[Uокэ: Iок] соответствует управляющему току базы IОБ.

Уравнение СЛН

Iок∙Rк+Uокэ=Ек (4.34)

Входной ток содержит постоянную составляющую, обеспечивающую ток покоя, и переменную составляющую –сигнал.

IБ(t)=IОБ+IБmsin(t). (4.35)

Ток коллектора

Iк(t)=IОК+IКmsin(t) = βIОБ+h21ЭIБmsin(t). (4.36)

Выходное напряжение

Uк(t)=UОК UКmsin(t), (4.37)

где UОК определяется из (4.34), а

UКm= IКm  Rк (4.39)

Вопрос. 39 Динамическая линия нагрузки.

Выходное напряжение Uк содержит постоянную составляющую Uокэ. Для исключения прохождения постоянной составляющей выходного напряжения на нагрузку (например, на базу следующего транзистора), применяют разделительные конденсаторы.

В этом случае нагрузки для постоянной и переменной составляющей коллекторного тока транзистора различны: на постоянном токе Rк (х_Ср=), на переменном Rкн=Rк Rн= Rк Rн/( Rк+ Rн) (х_Ср=0).

Динамическая линия нагрузки походит через точку покоя O. Для построения ДЛН задаются приращением тока Iк и определяют приращение напряжения Uк=IкRкн. Координаты второй точки ДЛН – [Uок+Uк; IокIк] (рисунок) или [UокUк; Iок+Iк]. Наиболее удобно выбрать Iк=Iок. Тогда определяется точка пересечения ДЛН с осью напряжений, т.к. Iк=Iок+Iк=0:

UА=Uокэ+Uк= Uокэ +IокRкн. (4.40)

Частные случаи: Rн, RкнRк, UАЕк

Rн0, Rкн0, UА Uокэ.

Вопрос. 40 Методы задания рабочего режима (точки покоя). Схема с фиксированным током базы.

Точка покоя 0 характеризуется координатами [Iок;Uокэ] на выходных ВАХ и [IоБ;UоБэ] на выходных.

Существует как бы 2 противоположных метода задания координат точки покоя, соответствующих двум идеальным источникам – тока и ЭДС.

1. схема с фиксированным током базы. Задаётся и поддерживается I_ОБ, а U_ОБЭ=f(I_ОБ).

2. Схема с фиксированным потенциалом базы. Задаётся и поддерживается U_ОБЭ

I_ОБ=f(U_ОБЭ)

Схема с фиксированным током базы.

I_ОБ = (Eк – U_ОБЭ)/R_Б

Eк = 20 в

R_Б =100 кОм

U_ОБЭ = 0.7 В

I_ОБ = (20 – 0.7)/100 к = 19.3/100 = 193 мкА0.2 мА

I_ОБ≈Eк/R_Б= 20/100к=0.2 мА≠f (U_ОБЭ) Eк>>U_ОБЭ

Достоинства:

Ток базы не зависит от напряжения база-эмиттер.

Недостаток – сильное влияние разброса β:

Iок= β∙I_ОБ=(40-80-120)∙0.2=8-16-24 мА.

Для получения требуемой точки покоя необходима подстройка RБ.

Вопрос. 41 Схема с фиксированным потенциалом базы.

Iдел = Eк/ (R_Б1+R_Б2) = (5..10)∙I_ОБ

Eсм = U_ОБ≠ f(I_ОБ)

Порядок расчета:

Iок→I_ОБ=Iок/β→ →

Недостаток схемы сильное влияние температуры на положение точки покоя.

Вопрос. 42 Термостабилизация точки покоя транзистора - эмиттерная и коллекторная.

Рассмотренные схемы неприменимы при серийном производстве, так как требуют дополнительной регулировки IОБ.

Более высокой точностью и стабильностью обладают схема с отрицательной обратной связью. Информация (ток или напряжения покоя) о положении точки покоя на выходе используется для формирования сигнала управления на входе. Наиболее распространена схема с эмиттерной стабилизацией – усовершенствование схемы с фиксированным потенциалом базы.. Стабилизирующий элемент - резистор в цепи эмиттера Rэ.

U_ОБ = U_ОБЭ+ U_ОЭ = U_ОБЭ+Iоэ∙Rэ

U_ОБЭ = U_ОБIоэ∙Rэ

В схеме стабилизируется ток покоя Iок:

Чем больше Rэ, тем стабильнее точка покоя. На практике достаточно Rэ= 50500 Ом или IоэRэ=0,52 В, или Rэ=(0,050,15)Rк.

Точность схемы так же поддерживается за счёт постоянства UОБ, схема должна быть с фиксированным потенциалом.

Стабильность схемы сохраняется для любого изменения тока IОК, вызванного как технологическим разбросом и температурным дрейфом параметров, так и полезным сигналом. Для сохранения усиления на переменном токе применяют блокировочные конденсаторы.

Коллекторная термостабилизация.

В этом случае стабилизируется напряжение покоя Uокэ. Базовый резистор подключен к коллектору и ток базы пропорционален напряжению на коллекторе, При увеличении Uк ток база и пропорциональный ему ток коллектора увеличиваются, напряжение на коллекторе уменьшается – стабилизация. формируется именно

,

Для сохранения усиления на переменном токе также необходим блокировочный конденсатор.

Блокировка коллекторная стабилизация на переменном токе.

Часто роль стабилизирующего резистора и блокировочного конденсатора выполняют элементы цепи фильтра питания Rф –Сф.

Вопрос. 43 Графо – аналитический метод расчёта параметров усилителя класса А. Диаграммы сигнала.

Расчет применим для всех схем ОЭ. В частных случаях Rэ=0.

Статика:

,

1. Uокэ=0, Iк=Ек/(Rк+Rэ) – точка 1 на СЛН

2. Iок=0, Uкэ=Ек – точка 2.

Динамика: UА= Uокэ+IокRкн.

, Iок>Iкm , Uкm<UАUокэ.

Условия выбора точки покоя:

1. Iок>Iкm =UкmRкн, Iок= Iкm+Iк, Iк=12 мА– запас для исключения отсечки.

2. Uок>Uкm, Uок= Uкm+Uкэ,Uкэ=23В- запас для исключения насыщения.

Требования к предельным параметрам транзистора:

После выбора транзистора определяют входные величины.

Амплитуды сигналов

IБm= (IБ макс IБ мин)/2

UБm= (UБ максUБ мин)/2

IБ(t)= IОБ+ IБmsin(t)

UБ(t)= UОБЭ+UБmsin(t)

Расчёт параметров:

1. (200 ÷1,5 k) OM

2. коэффициент напряжения:

(30 ÷ 100)

3. коэффициент усиления по току: (25 ÷ 100)

Вопрос. 44 Малосигнальная схема замещения биполярного транзистора в схеме включения с ОБ. Физические параметры.

Каждая из двух схем справедлива для обоих типов транзисторов первая для положительного приращения сигнала на входе, вторая – для отрицательного. Важно только соблюдать сонаправленность токов – транзит.

- диф. сопротивление прямосмещённого эмиттерного перехода.

К транзистору предъявляются два основных конструктивных требования:

1. Высокомная база - Рб >> Рэ ,Рк ( повышение коэффициента инжекции).

2 . Тонкая баэа - w <<Lp ( повышение коэффициента переноса). Оба требования приводят к увеличению сопротивления области базы для тока базы. Наличие сопротивления rБ приводит к зависимости плотности тока эмиттера от координаты: в глубине к p-n переходу приложено меньшее прямое напряжени, чем на поверхности. Выделим в p-n- p транзисторе поверхностный и глубинный эдементарные p-n переходы. Напряжение поверхностном переходе равно внешнему напряжению UПР1=UЭБ = 700 мВ. На внутреннем (глубинном) переходе напряжение меньше за счет падения напряжения на rБ : UПР2=UЭБ-Iб*rБ =700 мВ10. мА·1Ом =690мВ. Поверхностные диоды находятся под максимальным прямым напряжением и имеют максимальную плотность тока. Плотности токов неодинаковы по координате y: jЭ1>> jЭ2 – ток вытесняется на поверхность транзистора.

Сопротивление rБ отрицательно влияет на свойства транзистора из–за эффекта вытеснения тока на поверхность. Этот эффект не позволяет получить мощные транзисторы путём простого увеличения площади. Для нейтрализации эффекта вытеснения тока мощные транзисторы имеют

специальную -гребенчатую структуру