Почему могут спускать колеса авто смотрите тут kamael.com.ua
Как снять комнату в коммунальной квартире здесь
Дренажная система водоотвода вокруг фундамента - stroidom-shop.ru


рис. 1.56Рассмотрим характерные схемы включения транзистора и соответствующие характеристики.



Схема с общей базой.

Приведенная схема включения транзистора в электрическую цепь называется схемой с общей базой, так как база является общим электродом для источников напряжения. Изобразим ее с использованием условного графического обозначения транзистора (рис. 1.56).

Транзисторы традиционно характеризуют их так называемыми входными и выходными характеристиками. Для схемы с общей базой входной характеристикой называют зависимость тока iэ от напряженияи6эпри заданном напряжении

u

бэ


, т. е. зависимость вида



i

э


= f (u

бэ


) |u

кэ


= const


,

где f — некоторая функция.

Входной характеристикой называют и график соответствующей зависимости (это справедливо и для других характеристик).

Выходной характеристикой для схемы с общей базой называют зависимость тока iк от напряжения

u

кб


при заданном токе iэ, т. е. зависимость вида



i

к


= f (u

кб


) |i

э


= const


,

где f — некоторая функция.



Входные характеристики для схемы с общей базой.

Каждая входная характеристика в значительной степени определяется характеристикой эмиттерного перехода и поэтому аналогична характеристике диода. Изобразим входные характеристики кремниевого транзистора КТ603А (максимальный постоянный ток коллектора — 300 мА, максимальное постоянное напряжение коллектор-база — 30

B

при t < 70° С) (рис. 1.57) . Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения

u

кб


объясняется проявлением так называемого эффекта Эрли (эффекта модуляции толщины базы). рис. 1.57

Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения

u

кб


коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный p-n-переход). Если концентрация атомов примеси в базе меньше концентрации атомов примеси в коллекторе, то расширение коллекторного перехода осуществляется в основном за счет базы. В любом случае толщина базы уменьшается. Уменьшение толщины базы и соответствующее уменьшение ее сопротивления приводит к тому, что при неизменном токе iэ напряжение

u

бэ


уменьшается. Как было отмечено при рассмотрении диода, при малом по модулю обратном напряжении на

p

-

n

-переходе это напряжение влияет на ширину перехода больше, чем при большом напряжении. Поэтому различные входные характеристики, соответствующие различным напряжениям

u

кб


, независимо от типа транзистора практически сливаются, если

u

кб


> 5 В (или даже если

u

кб


> 2 В).

Входные характеристики часто характеризуют дифференциальным сопротивлением

r

диф


, определяемым аналогично дифференциальному сопротивлению диода.



r

диф


= (

du

бэ


/

di

э


) |

i


э


– заданный,


u


кб


=


const




Выходные характеристики для схемы с общей базой.

Изобразим выходные характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.58). рис. 1.58

Как уже отмечалось, если коллекторный переход смещен в обратном направлении (

u

кб


> 0), то ток коллектора примерно равен току эмиттера:



iк ~ iэ

Это соотношение сохраняется даже при

u

кб


= 0 (если ток эмиттера достаточно велик), так как и в этом случае большинство электронов, инжектированных в базу, захватывается электрическим полем коллекторного перехода и переносится в коллектор.

Только если коллекторный переход смещают в прямом направлении (

u

кб


< 0

), ток коллектора становится равным нулю, так как при этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу (или дырок из базы в коллектор). Эта инжекция компенсирует переход из базы в коллектор тех электронов, которые были инжектированы эмиттером. ток коллектора становится равным нулю при выполнении условия

u

кб


< 0,75 В.

Режим, соответствующий первому квадранту характеристик (

u

кб


> 0, iк > 0

, причем ток эмиттера достаточно велик), называют активным режимом работы транзистора. На координатной плоскости ему соответствует так называемая область активной работы.

Режим, соответствующий второму квадранту (

u

кб


< 0

), называют режимом насыщения. Ему соответствует область насыщения.

Обратный ток коллектора

i

ко


мал (для КТ603А

i

ко


< 10 мкА при t < 25°С). Поэтому выходная характеристика, соответствующая равенствам



i

э


= 0



i

k


- αст ·

i

э


+

i

ко


=

i

ко


,

практически сливается с осью напряжений.

При увеличении температуры ток

i

ко


возрастает (для КТ603

i

ко


~ 100 мкА при t < 85° С) и все выходные характеристики несколько смещаются вверх.

Режим работы транзистора, соответствующий токам коллектора, сравнимым с током

i

ко


, называют режимом отсечки. Соответствующую область характеристик вблизи оси напряжений называют областью отсечки.

В активном режиме напряжение

u

кб


и мощность

P

к


= iк ·

u

кб


, выделяющаяся в виде тепла в коллекторном переходе, могут быть значительны. Чтобы транзистор не перегрелся, должно выполняться неравенство



Рк < Рк макс

где Рк макс — максимально допустимая мощность (для КТ603А Рк мак

c


= 500 мВт при t < 50° С).

График зависимости iк = Рк макс /

u

кб


(гипербола) изображен на выходных характеристиках пунктиром.

Таким образом, в активном режиме эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, в режиме отсечки коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный или смещен в обратном направлении, или находится под очень малым прямым напряжением.

Транзистор часто характеризуют так называемым дифференциальным коэффициентом передачи эмиттерного тока α, который определяется выражением



α

= dik / di

э


| i

k




заданный


, u


кб


= const


Для приращения тока коллектора ∆iк и приращения тока эмиттера ∆iэ можно записать:



∆iк ≈ α · ∆iэ

Коэффициент α несколько изменяется при изменении режима работы транзистора. Важно учитывать, что у различных (вполне годных) экземпляров транзистора одного и того же типа коэффициента может заметно отличаться. Для транзистора КТ603А при t = 25° С α = 0,909 ... 0,988.

Наличие наклона выходных характеристик, отражающее факт увеличения тока коллектора при заданном токе эмиттера при увеличении напряжения

u

кб


, объясняется проявлением эффекта Эрли: при уменьшении толщины базы все большее количество электронов, инжектированных эмиттером, переходит в коллектор.

Наклон выходных характеристик численно определяют так называемым дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода (с учетом эффекта Эрли):



r

к


=

du

кб


/

di

э


|

u


кб


– заданный,


i


э


=


const




i

к


=

αст

· i

э


+ i

ко


+ 1/r

к


· u

кб




Схема с общим эмиттером

.

Очень часто транзистор характеризуют характеристиками, соответствующими схеме, представленной на рис. 1.59. Эту схему называют схемой с общий эмиттером, так как эмиттер является общим электродом для источников напряжения. рис. 1.59

Для этой схемы входной характеристикой называют зависимость тока iб от напряжения

u

бэ


при заданном напряжении

u

кэ


, т. е. зависимость вида



i

б


= f (u

бэ


) |u

кэ


= const


,

где f — некоторая функция.

Выходной характеристикой называют зависимость тока iк от напряжения

u

кэ


при заданном токе iб, т. е. зависимость вида



i

к


= f (u

кэ


) |i

б


= const


,

где f — некоторая функция.

Очень важно уяснить следующих два факта.


  1. Характеристики для схемы с общим эмиттером не отражают никакие новые физические эффекты по сравнению с характеристиками для схемы с общей базой и не несут никакой принципиально новой информации о свойствах транзистора. Для объяснения особенностей характеристик с общим эмиттером не нужна никакая информация кроме той, что необходима для объяснения особенностей характеристик схемы с общей базой. Тем не менее характеристики для схемы с общим эмиттером очень широко используют на практике (и приводят в справочниках), так как ими удобно пользоваться.


  2. При расчетах на компьютерах моделирующие программы вообще никак не учитывают то, по какой схеме включен транзистор. Программы используют математические модели транзисторов, являющиеся едиными для всевозможных схем включения. Тем не менее, очень полезно уметь определить тип схемы включения транзистора. Это облегчает понимание принципа работы схемы.




Входные характеристики для схемы с общим эмиттером.

Изобразим характеристики уже рассмотренного транзистора КТ603А (рис. 1.60). рис. 1.60

Теперь эффект Эрли проявляется в том, что при увеличении напряжения

u

кэ


характеристики сдвигаются вправо. Дифференциальное сопротивление теперь определяется выражением



r

диф


= (du

бэ


/di

б


) |i

б




заданный


, u


кэ


= const




Выходные характеристики для схемы с общим эмиттером.

Изобразим эти характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.61). рис. 1.61

Обратимся к ранее полученному выражению



i

к


=

α

ст


·

i

э


+

i

ко


В соответствии с первым законом Кирхгофа



i

э


=

i

к


+

i

б


и с учетом предыдущего выражения получим



i

к


=

α

ст


· (

i

к


+

i

б


) +

i

ко


откуда



i

к


=

α

ст


/ (1 -

α

ст


) ·

i

б


+ 1 / (1 -

α

ст


) ·

i

ко


Введем обозначение:



βст ≡ αст / (1- αст )

Коэффициент αст называют статическим коэффициентом передачи базового тока. Его величина обычно составляет десятки — сотни (это безразмерный коэффициент).

Легко заметить, что



1 / (1 -

α

ст


) = βст + 1

Введем обозначение



i

ко ≡ (βст + 1) ·

i

ко


В итоге получаем



i

к


= βст ·

i

б


+

i

ко

Это выражение в первом приближении описывает выходные характеристики в области активной работы, не учитывая наклона характеристик.

Для учета наклона выражение записывают в виде



i

к


= βст ·

i

б


+

i

ко +

u

кб


· ( 1 /

r

к ),

где



r

к =

du

кэ


/

di

к


|

u


кэ


– заданное,


i


б


=


const


В первом приближении

r

к = ( 1 / 1 + β) · rк

(сопротивление rк определено выше).

Часто пользуются так называемым дифференциальным коэффициентом передачи базового тока β.

Для приращения тока коллектора ∆iк и тока базы ∆iб можно записать:



∆iк ≈ β · ∆

i

б


По определению



β

=

di

к


/

di

б


|

i


к


– заданный,


u


кэ


=


const


Для транзистора КТ603А при t = 25°С β = 10...80.

Величина β зависит от режима работы транзистора. Приведем типичный график зависимости β от тока эмиттера (он практически равен току коллектора) для

u

кб


= 2 В (рис. 1.62). рис. 1.62

Для нормальной работы транзистора на постоянном токе, кроме рассмотренного выше условия

P

к


< Рк макс

, должны выполняться условия



i

к


<

i

к макс




и

u

кэ




u

кэ макс


где

i

к макс


и

u

кэ макс


— соответственно максимально допустимый постоянный ток коллектора и максимально допустимое постоянное напряжение между коллектором и эмиттером.

Для рассмотренного выше транзистора КТ603А

i

к макс


= 300 мА,

u

кэ макс


= 30 В (при t < 70° С).

Изобразим схематически на выходных характеристиках для схемы с общим эмиттером так называемую область безопасной работы, в которой указанные условия выполняются (рис. 1.63). рис. 1.63

Обычно допустимо предполагать (с той или иной погрешностью), что выходные характеристики для схемы с общим эмиттером расположены на отрезках прямых, расходящихся веерообразно из одной точки на оси напряжений (рис. 1.64). рис. 1.64

Напряжение

U

э


(это положительная величина) называют напряжением Эрли. Для транзистора КТ603А

Uэ ~ 40 В.



Инверсное включение транзистора.

Иногда транзистор работает в таком режиме, что коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный — в обратном. При этом коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер — роль коллектора. Это так называемый инверсный режим. Ему соответствует так называемый инверсный коэффициент передачи базового тока βi. Из-за отмеченных выше несимметрии структуры транзистора и различия в концентрациях примесей в слоях полупроводника обычно βi << β. Часто βi >>1.

Изобразим выходные характеристики для схемы с общим эмиттером и для прямого, и для инверсного включения (рис. 1.65). рис. 1.65



Рекомендуйте эту статью другим!