Режим отсечки транзистора характеристики

Статические характеристики биполярного транзистора

Статические характеристики биполярного транзистора позволяют определить его основные параметры, такие как входное и выходное сопротивление, статический коэффициент усиления. В ряде случаев по ним можно определить рабочую точку усилительного каскада. Статические характеристики зависят от схемы включения транзистора (схема с общей базой или схема с общим эмиттером). Начнём со схемы с общим эмиттером.

Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОЭ

Схема измерения статических характеристик биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером приведена на рисунке 1.


Рисунок 1. Схема измерения статических характеристик в схеме с общим эмиттером

Для снятия входных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером зафиксируем напряжение на коллекторе. Зависимость тока базы от напряжения на базе и будет входной характеристикой транзистора. Входные характеристики транзистора при нулевом напряжении на коллекторе и при напряжении на коллекторе, равным 5 В, приведены на рисунке 2.


Рисунок 2. Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Входная характеристика биполярного транзистора, снятая при нулевом коллекторном напряжении не отличается от вольтамперной характеристики полупроводникового диода, что собственно говоря и не удивительно. Характеристика определяется в основном эмиттерным переходом, так как уровень легирования области коллектора значительно меньше уровня легирования эмиттера.

При подаче на коллектор напряжения, к току эмиттерного перехода добавляется ток коллекторного перехода и входная характеристика несколько изменяется. В основном при малых значениях напряжения Uбэ. При нулевом значении напряжения Uбэ ток Iб0 будет определяться обратным током коллектора при напряжении , и, соответственно, вытекать из базы транзистора. При возрастании напряжения Uбэ к обратному току коллектора добавляется ток эмиттерного перехода, и начиная с напряжения Uбэ0 ток будет втекать в базу транзистора.

При увеличении напряжения на коллекторе кроме смещения входной характеристики биполярного транзистора вправо, она становится более пологой. Это означает, что входное сопротивление биполярного транзистора увеличивается. Возрастание входного сопротивления вызвано расширением коллекторного перехода под воздействием запирающего напряжения Uкб, что в свою очередь приводит к уменьшению ширины базовой области транзистора.

Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОЭ

Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером снимаются при постоянном значении тока базы. Пример семейства выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, приведен на рисунке 3.


Рисунок 3. Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Начальные участки характеристик соответствуют режиму насыщения, а участки с малым наклоном — активному режиму биполярного транзистора. Переход от режима насыщения к рабочему режиму биполярного транзистора происходит при значениях |Uкэ|, превышающих |Uбэ|. Режим отсечки биполярного транзистора соответствует токам, меньшим .

Наклон выходных характеристик определяет выходное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером. Относительно большой наклон этих характеристик (по сравнению со схемой включения транзистора с общей базой) связан с влиянием эффекта модуляции толщины базы (эффект Эрли). При увеличении напряжения Uкэ возрастает напряжение Uкб, что приводит к уменьшению толщины базовой области транзистора, а значит уменьшению тока базы. Для сохранения тока базы на прежнем уровне приходится увеличивать напряжение Uбэ, что приводит к росту Iк.

Вам понравится:  Проходной выключатель подключение с двух мест одноклавишный схема подключения к сети 220в

Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОБ

Схема измерения статических характеристик биполярного транзистора в схеме с общей базой приведена на рисунке 4.


Рисунок 4. Схема измерения статических характеристик в схеме с общей базой

Семейство входных характеристик схемы с общей базой представляет собой зависимость при фиксированных значениях напряжения на коллекторном переходе UКБ. Пример входных характеристик транзистора в схеме с общей базой при напряжениях и приведён на рисунке 5.


Рисунок 5. Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой

При входная характеристика биполярного транзистора в схеме с общей базой подобна вольтамперной характеристике . С увеличением напряжения UКБ (для ) из-за эффекта Эрли (уменьшения ширины базовой области под действием коллекторного напряжения) происходит смещение входных характеристик вверх: при увеличении UКБ растет ток эмиттера IЭ.

То же самое можно представить по другому. Если поддерживается постоянным ток эмиттера (), т.е. градиент концентрации дырок в базовой области остается прежним, то необходимо понизить напряжение UЭБ. В результате характеристика сдвигается влево. Следует заметить, что при и существует небольшой ток эмиттера IЭ0, который становится равным нулю только при некотором обратном напряжении UЭБ0.

Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОБ

Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой снимаются при постоянном значении тока эмиттера. Пример семейства выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с общей базой, приведен на рисунке 6.


Рисунок 6. Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой

Выходная характеристика при токе эмиттера и обратном напряжении подобна обратной ветви . При этом , т.е. характеристика представляет собой обратный ток коллекторного перехода, протекающий в цепи коллектор-база.

При основная часть инжектированных в базу носителей доходит до границы коллекторного перехода и создает коллекторный ток при в результате ускоряющего действия контактной разности потенциалов. Ток можно уменьшить до нуля путем подачи на коллекторный переход прямого напряжения определенной величины. Этот случай соответствует режиму насыщения, когда существуют встречные потоки инжектированных носителей заряда из эмиттера в базу и из коллектора в базу. Результирующий ток станет равен нулю, когда оба тока одинаковы по величине. Чем больше заданный ток IЭ, тем большее прямое напряжение UКБ требуется для получения .

Область на рисунке 6, где между электродами коллектор и база прикладывается запирающее напряжение и ток эмиттера соответствует активному режиму биполярного транзистора. Выходные характеристики смещаются вверх при увеличении тока эмиттера IЭ. В идеализированном биполярном транзисторе в схеме с общей базой выходные характеристики выглядят горизонтальными . В реальном транзисторе эффект Эрли при росте напряжения |UКБ| приводит к уменьшению потерь на рекомбинацию и росту h21Б. При этом ток коллектора должен немного возрастать, но так как значение h21Б близко к единице, то относительное увеличение тока IК очень мало и им можно пренебречь. Выходное сопротивление транзистора можно измерить специальными методами.

  • Входные характеристики позволяют оценить нелинейность транзистора.
  • Входные и выходные характеристики позволяют определить входное и выходное сопротивления транзистора.
  • На выходных характеристиках транзистора видны области отсечки, насыщения и его рабочая область.
Вам понравится:  Реле регулятор ваз 2109 схема подключения

Дата последнего обновления файла 16.06.2022

Понравился материал? Поделись с друзьями!

  1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника. Под редакцией Федорова Н. Д. — М.: Радио и связь, 1998. — 560 с.
  2. Электронные приборы. Под редакцией Шишкина Г.Г. — М.: Энергоатомиздат, 1989. — 496 с.
  3. Савиных В. Л. Физические основы электроники. Учебное пособие. — Новосибирск.: СибГУТИ, 2003. — 77 с.
  4. Глазачев А. В. Петрович В. П. Физические основы электроники. Конспект лекций — Томск: Томский политехнический университет, 2015.
  5. Колосницын Б. С. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебно-методическое пособие: в 2 ч. Ч. 1: Расчёт и проектирование биполярных транзисторов. — Минск: БГУИР, 2011. — 68 с.
  6. Колосницын Б. С. Гапоненко Н. В. Полупроводниковые приборы и элементы интегральных микросхем. Учебное пособие: в 2 ч. Ч. 1: Физика активных элементов интегральных микросхем — Минск: БГУИР, 2016. — 196 с.
  7. Колосницын Б. С. Гранько С. В. Электронные приборы на основе полупроводниковых соединений. Учебно-методическое пособие: — Минск: БГУИР, 2017. — 94 с.
  8. Биполярный транзистор. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Биполярный_транзистор
  9. Изобретение транзистора. Материал из Википедии — свободной энциклопедии. url:https://ru.wikipedia.org/wiki/Изобретение_транзистора
  10. Исследование биполярного транзистора url:http://www.labfor.ru/guidance/electronics-leso3/2
  11. Биполярный транзистор Электроника для начинающих url:https://habr.com/ru/post/583142/

Вместе со статьей «Статические характеристики биполярного транзистора» читают:

Источник

4. Режимы работы активных элементов усилительных каскадов

4.1. Режимы работы транзистора.

В общем случае для транзистора возможны четыре устойчивых состояния (режима). Они отличаются друг от друга тем, в каком состоянии (прямое или обратное смещение) находятся эмиттерный и коллекторный переходы транзистора. Приведем их полное описание.

Активный режим – соответствует случаю, рассмотренному при анализе усилительных свойств транзистора. В этом режиме прямосмещенным оказывается эмиттерный переход, а на коллекторном присутствует обратное напряжение, именно в активном режиме транзистор наилучшим образом проявляет свои усилительные свойства. Поэтому часто такой режим называют основным или нормальным.

Инверсный режим – полностью противоположен активному режиму, т.е. обратносмещенным является эмиттерный переход, а прямосмещенным – коллекторный. В таком режиме транзистор также может использоваться для усиления. Однако из-за конструктивных различий между областями коллектора и эмиттера усилительные свойства транзистора в инверсном режиме проявляются гораздо хуже, чм в режиме активном. Поэтому на практике инверсный режим практически не используется.

Режим насыщения (режим двойной инжекции) – оба перехода транзистора находятся под прямым смещением. В этом случае выходной ток транзистора не может управлять его входным током, т.е. усиление сигналов невозможно.Режим насыщения используется в ключевых схемах, где в задачу транзисторов входит не усиление сигналов, а замыкание/размыкание разнообразных электрических цепей.

Режим отсечки – к обоим переходам подведены обратные напряжения. Такой режим также используется в ключевых схемах. Поскольку в нем выходной ток транзистора практически равен нулю, то он соответствует размыканию транзисторного ключа.

Вам понравится:  Схема подключения сотовых телефонов

Угол отсечки – половиной той части периода, в течение которого транзистор открыт.

Заметим, что кроме названных основных рабочих режимов в транзисторе возможен режим пробоя на различных переходах. Обычно он возникает только в случае аварии и не используется в работе, однако существуют специальные лавинные биполярные транзисторы, в которых режим пробоя является как раз основным рабочим режимом.

4.2. Классы усиления.

Чтобы различать динамику изменений режимов работы транзистора (а это имеет значение при расчете их энергопотребления и тепловыделения) вводится понятие класса усиления. Различают пять основных классов усиления, которые обозначаются прописными латинскими буквами: А, В, АВ, C, D.

Класс усиления А. При работе в данном классе усиления транзистор все время находится в активном режиме (рис. 4.1). Режим характеризуется тем, что ИРТ, определяемая смещением, находится в середине линейного участка входной характеристики, а, следовательно, и в середине нагрузочной характеристики, так, что амплитудные значения сигналов не выходят за те пределы нагрузочной прямой, где изменения тока коллектора пропорциональны изменениям тока базы.

При работе в классе А:

КПД невысокий: η = (25…30)%,

коэффициент гармоник: Kг = 1%(малые нелинейные искажения).

УК такого класса применяются в основном в качестве маломощных предварительных каскадов, но иногда и в качестве оконечных.

Класс усиления В. Этот класс характеризуется тем, что ИРТ находится в начале входной характеристики (рис. 4.2). Ток нагрузки протекает по коллекторной цепи транзистора только в течение одного полупериода входного сигнала, а в течение второго полупериода транзистор закрыт, так как его рабочая точка будет находится в зоне отсечки.

При работе в классе B:

КПД значительно выше чем в классе А: η = (65…70)%,

коэффициент гармоник: Kг ≤ 10%(большой уровень нелинейных искажений).

Существенный недостаток – большой уровень нелинейных искажений, что вызвано повышенной нелинейностью усиления транзистора, когда он находится вблизи режима отсечки. Для того, чтобы усилить входной сигнал в течение обоих полупериодов, используют двухтактные схемы усилителей, когда в течение одного полупериода работает один транзистор, а в течение другого полупериода – второй транзистор в этом же режиме. Режим класса В обычно используют в мощных усилителях.

Класс усиления АВ. Данный класс усиления является промежуточным между классами А и В. В этом случае транзистор также переключается между режимом отсечки и активным режимом, но преобладающим является все-таки именно активный режим (рис. 4.3).

Незначительное понижение КПД усилительного каскада в классе АВ компенсируется существенным уменьшением нелинейных искажений при усилении одного из полупериодов входного сигнала.

При работе в классе АB:

КПД средний между классами А и В: η = (50…55)%,

коэффициент гармоник: Kг ≤ 3%(невысокий уровень нелинейных искажений).

Схемы усилителей мощности строятся так, что участок со значительными нелинейностями, когда транзистор переходит из режима отсечки в активный режим и наоборот, просто не оказывает влияния на выходной сигнал.

Класс усиления С. В классе усиления С транзистор большую часть периода изменения напряжения входного сигнала находится в режиме отсечки, а в активном режиме – меньшую часть (рис. 4.4).

Источник

Поделиться с друзьями
Радиолюбительские схемы
Adblock
detector