Динамический режим работы биполярного транзистора

БИПОЛЯРНЫЕ
ТРАНЗИСТОРЫ

1. Общие
   сведения, конструкция биполярных
   транзисторов.

2. Принцип
   работы и схемы включения транзисторов.

3. Статические
   характеристики транзистора.

4. Динамический
   режим работы транзистора.

Транзистором
называется преобразовательный
полупроводниковый прибор, имеющий не
менее трех выводов, предназначенный
для усиления мощности.

Устройство
биполярных транзисторов

Схематическое
устройство плоскостного биполярного
транзистора с двумя p-n
переходами показано на рисунке. Основным
элементом транзистора является кристалл
германия или кремния, в котором созданы
три области различных проводимостей.
Две крайние области всегда обладают
проводимостью одинакового типа,
противоположного средней области.

Физические
процессы, протекающие в транзисторах
обоих типов — аналогичны. Средняя
область транзистора называется базой.
Одна крайняя область называется
эмиттером, другая – коллектором. Из
рисунка видно, что в транзисторе имеется
два p—n
перехода:

эмиттерный
– между эмиттером и базой, коллекторный
– между базой и коллектором.

Расстояние
между ними очень мало – порядка несколько
микрометров. Следовательно, область
базы представляет собой очень тонкий
слой.

Кроме
того, концентрация атомов примеси в
области базы очень незначительна – во
много раз меньше, чем в эмиттере. Это
является важнейшим условием работы
транзистора.

Принцип
работы транзистора

Для
рассмотрения принципа работы биполярного
транзистора воспользуемся схемой
приведенной на рис. 2, из которого видно,
что транзистор представляет собой по
существу два полупроводниковых диода,
имеющих одну общую область – базу,
причем к эмиттерному p—n
переходу приложено напряжение Е1
в прямом
(пропускном) направлении, а к коллекторному
переходу приложено

Рис. 2. К пояснению
принципа работы транзистора

напряжение
Е2
в обратном
направлении.

Обычно
Е2
>> Е1.
При замыкании выключателей SA1
и SA2
через эмиттерный p—n
переход пойдет ток по следующему пути:
+Е1,
миллиамперметр мА1,
эмиттер, база, мА2,
выключатели SA2
и SA1,
и –Е1.

Если
выключатель SA1
разомкнуть, а выключатели SA2
и SA3
то в коллекторной цепи пройдет
незначительный обратный ток, вызванный
направленным движением неосновных
носителей заряда – дырок базы и электронов
коллектора.

Путь
тока: +Е2,
выключатели SA3
и SA2,
миллиамперметр mA2,
база, коллектор, mA3,
—Е2.

Рассмотрим
прохождение токов в цепях транзистора
при замыкании всех трех ключей.

Ток
проходящий через эмиттерный переход,
получил название эмиттерного
тока (Iэ).
Этот ток равен сумме дырочной и электронной
составляющих

I_Э
= I_Эp
+
I_Эn.

И
как было сказано выше концентрация
носителей заряда в базе значительно
меньше чем в эмиттере. Это приводит к
тому, что число дырок инжектированных
из эмиттера в базу, во много раз превышает
число электронов, движущихся в
противоположном направлении. Следовательно,
почти весь ток через эмиттерный p-n
переход обусловлен дырками. Эффективность
эмиттера оценивается коэффициентом
инжекции
γ,
который у транзисторов типа p—n—p
равен отношению дырочной составляющей
эмиттерного тока к общему току эмиттера

и
у современных транзисторов γ
= 0,999.
Инжектированные через эмиттерный
переход дырки проникают
вглубь базы и, подойдя к коллектору,
начинают испытывать действие электрического
поля коллекторного перехода. Это поле
для дырок является ускоряющим, поэтому
они в результате экстракции
быстро
втягиваются из базы в коллектор и
участвуют в создании тока коллектора.

Цепь
коллекторного тока: +Е2,
выключатели SA3
и SA1,
мА1,
эмиттер, база, коллектор, мА3,
-Е2.

Те
дырки, которые рекомбинируют в области
базы с электронами, участвуют в создании
тока базы I_б,
проходящего по цепи: +Е1,
мА1,
эмиттер, база, мА2,
выключатели SA2,
SA1,
-Е1.
Следовательно, ток базы равен

I_б
= I_Э
— I_К.

Нетрудно
заметить, что ток эмиттера I_Э
= I_б
+ I_К.

Для
оценки влияния рекомбинации носителей
заряда в базе на усилительные свойства
транзистора используется коэффициент
переноса носителей в базе, который
показывает, какая часть инжектированных
эмиттером дырок достигает коллекторного
перехода. Этот коэффициент определяется
по формуле.

Коэффициент
переноса δ
тем ближе к
единице, чем меньше толщина базы и
концентрация электронов в базе по
сравнению с концентрацией дырок в
эмиттере.

Одним
из основных параметров транзистора
является коэффициент передачи тока
эмиттера, который равен отношению
приращения тока коллектора к приращению
тока эмиттера при неизменном напряжении
на коллекторном переходе:

Этот
коэффициент может быть выражен через
величины γ и
δ следующим
соотношением

Так
как γ и
δ меньше
единицы, то коэффициент передачи тока
эмиттера α
тоже меньше единицы и обычно α
= 0,95

0,99.

Поскольку
в цепи коллектора кроме тока, обусловленного
экстракцией дырок из базы в коллектор,
протекает обратный ток коллекторного
перехода Iкбо,
то обратный ток коллектора

Так
как ток I_КБО
незначителен, поэтому можно принять

Из
последнего выражения следует, что
транзистор представляет собой управляемый
прибор, так как величина его коллекторного
тока зависит от величины тока эмиттера.

Четыре
режима работы транзистора

В
зависимости от полярности напряжений,
приложенных к эмиттерному и коллекторному
переходам транзистора, различают четыре
режима его работы:

Активный
режим. На
эмиттерный переход подано прямое
напряжение, а на коллекторный – обратное.
Этот режим является основным режимом
работы транзистора. Вследствие того,
что напряжение в цепи коллектора
значительно превышает напряжение,
подведенное к эмиттерному переходу, а
токи в цепях эмиттера и коллектора
практически равны, следует ожидать, что
мощность полезного сигнала на выходе
схемы в коллекторной цепи может оказаться
намного больше, чем во входной эмиттерной
цепи транзистора.

Режим
отсечки. К
обоим переходам подводятся обратные
напряжения. Поэтому через них проходит
лишь незначительный ток, обусловленный
движением неосновных носителей заряда.
Практически транзистор в режиме отсечки
оказывается запертым.

Режим
насыщения.
Оба перехода оказываются в под прямым
напряжением. Ток в выходной цепи
транзистора максимален и практически
не регулируется током входной цепи. В
этом режиме транзистор полностью открыт.

Инверсный
режим. К
эмиттерному переходу подводится обратное
напряжение, а к коллекторному — прямое.
Эмиттер и коллектор меняются своими
ролями – эмиттер выполняет функции
коллектора, а коллектор – функции
эмиттера. Этот режим, как правило, не
соответствует нормальным условиям
эксплуатации транзистора.

Схемы
включения
транзисторов

Различают
три возможные схемы включения транзисторов
(рис. 1): с
общей базой (ОБ),
с
общим эмиттером (ОЭ)
и общим
коллектором (ОК).
Такая

терминология
указывает, какой из элек­тродов
транзистора является общим для его
входной и выходной цепей.

На рис. 1, а
показана схема
с общей базой, во входную (эмиттерную)
цепь последовательно с источ­ником
питания Е₁
включен источник
входного сигнала, вырабаты­вающий
некоторое переменное напряжение U_ВХ.

Обратим внимание
на то, что в этой схеме через источник
вход­ного сигнала (точнее, через
внутреннее сопротивление этого
источ­ника) проходит ток эмиттера I_Э.

Ток,
проходящий через источник входного
сигнала, называют входным током.

I_ВХ
=
I_Э

Выходным током в
этой схеме является ток коллектора.

I_ВЫХ
=
I_К

Если под воздействием
U_ВХ
ток эмиттера
возрастет (уменьшится) на некоторую
величину, то соответственно возрастут
(уменьшатся) и остальные токи транзистора.

Независимо от
схемы включения транзисторы характеризуются
дифференциальным коэффициентом прямой
передачи тока, который представляет
собой отношение выходного тока к
вызвавшему его приращению входного
тока при постоянном напряжении в выходной
цепи. Для схемы с общей базой коэффициентом
прямой передачи тока может служить
коэффициент передачи тока эмиттера.

при Е₂
= const.

Поскольку ток
эмиттера наибольший из всех токов
транзистора, то схема с общей базой
имеет малое входное сопротивление для
переменной составляющей тока сигнала.
Фактически это сопротивление равно
сопротивлению r_э
эмиттерного перехода, включенного в
прямом направлении, т.е.

Низкое входное
сопротивление схемы с общей базой
(единицы – десятки Ом) является ее
существенным недостатком, так как во
многокаскадных схемах это низкое
сопротивление оказывает шунтирующее
действие на сопротивление нагрузки
предыдущего каскада и резко снижет
усиление этого каскада по напряжению
и мощности.

В схеме
с общим эмиттером, показанной из рис.1
б, вход­ной сигнал также прикладывается
к выводам эмиттера и базы, а источник
питания коллектора включен между
выводами эмиттера и коллектора. Таким
образом, эмиттер является общим электродом
для входной и выходной цепей.

Основной особенностью
схемы с общим эмиттером является то,
что входным током в ней является не ток
эмиттера, а малый
по величине ток базы.
Выходным током
в этой схеме, как и в схеме с общей базой,
является ток коллектора. Следовательно,
коэффи­циент прямой передачи тока
для схемы с общим эмиттером

Найдем соотношение
между β
и α.

Таким образом, в
схеме с общим эмиттером можно получить
коэффициент прямой передачи тока порядка
нескольких десятков. Входное сопротивление
транзистора в схеме с общим эмиттером
значительно больше, чем в схеме с общей
базой. Это следует из очевидного
неравенства

Достоинством схемы
с общим эмиттером следует также считать
возможность питания ее от одного
источника напряжения, по­скольку на
базу и на коллектор подаются питающие
напряжения одного знака. Поэтому схема
с общим эмиттером в настоящее время
является наиболее распространенной.

Следует отметить,
однако, что температурная стабильность
схе­мы с общим эмиттером оказывается
несколько хуже, чем схемы с общей базой.

В схеме с общим
коллектором (рис.1, в)
входной сигнал
по­дается на участок база — коллектор.
Входным током является ток базы, а
выходным —ток эмиттера. Поэтому
коэффициент прямой передачи тока для
этой схемы

Несмотря на
сравнительно большие значения коэффициента
пря­мой передачи тока и входного
сопротивления, схема с общим кол­лектором
практически не позволяет получить
усиления по напря­жению и поэтому
применяется значительно реже, чем две
преды­дущие.

Статические
характеристики транзистора

Статические характеристики транзистора

для схемы с общим эмиттером:

а)
– входные; б) — выходные

Динамический
режим работы транзистора

В
практических схемах транзисторных
усилителей в выходную цепь транзистора
наряду с источником питания включают
сопротивление
нагрузки,
а во входную источник усиливаемого
сигнала.

Режим
работы транзистора с нагрузкой называется
динамическим.
В этом режиме токи и напряжения на
электродах транзистора не остаются
постоянными, а непрерывно изменяются.
Рассмотрим работу транзистора,
включенного по наиболее распространенной
схеме с общим эмиттером (ОЭ),
в динамическом режиме. В этой схеме
напряжение источника питания Ек
распределяется между участками коллектор
– эмиттер (выходом схемы) и нагрузочным
сопротивлением R_н
так, что напряжение

UКЭ = EК — IК RН

Данное
выражение представляет собой уравнение
динамического режима для выходной цепи.
Изменение
напряжения на входе транзистора вызывают
соответствующие изменения тока эмиттера,
базы, а следовательно, и тока коллектора
I_к.
Это приводит к изменению напряжения на
Rн,
в результате чего изменяется напряжение
U_кэ.

Обратим
внимание на то, что питание транзистора
в рассматриваемой схеме (как и в любой
другой схеме с общим эмиттером)
производится от одного источника Ек.
Напряжение на эмиттерный переход
подается через резистор R_б
в цепи базы. Величина сопротивления
этого резистора определяет исходную
величину постоянного тока базы транзистора
при отсутствии входного сигнала.

Характеристики
транзистора, находящегося в динамическом
режиме, отличаются от характеристик
статического режима, так как они
определяются не только свойствами
самого транзистора, но и свойствами
элементов схемы.

Наиболее
часто используются выходные и входные
динамические характеристики.

На
рисунке изображены выходные
статические характеристики транзистора
и приведена динамическая характеристика
(нагрузочная прямая) АВ,
соответствующая сопротивлению нагрузки
R_н.

Положение
нагрузочной прямой на статических
характеристиках однозначно
определяется
напряжением источника питания Е_К
и сопротивлением резистора R_н.

Точка
В
пересечения нагрузочной прямой с осью
напряжений Uкэ
совпадает с точкой, в которой напряжение
на коллекторе равно Е_к.
Действительно, эта точка соответствует
случаю, когда ток коллектора равен нулю.
При этом ток в нагрузочном сопротивлении
отсутствует и падение напряжения на
сопротивлении нагрузки равно нулю.
Следовательно, все напряжение источника
питания Е_К
оказывается приложенным к участку
коллектор – эмиттер транзистора.

Точка
А пересечения
нагрузочной прямой с осью токов I_к
совпадает с
точкой, для которой выполняется условие

.

Так
как ток коллектора в случае, если бы
транзистор можно было открыть полностью
(или закоротить), ограничивался бы только
величиной сопротивления R_Н.

Все
промежуточные положения точек на линии
характеризуют возможные напряжения и
токи в соответствующих цепях транзистора
при подаче сигнала с учетом сопротивления
нагрузки. Любому току базы соответствуют
вполне определенные значения тока
коллектора и коллекторного напряжения.

Например,
если в режиме
покоя (до
поступления входного сигнала – исходный
режим) был установлен ток базы I_бр,
то рабочая точка Р
на нагрузочной
прямой укажет соответствующие этому
току значения I_КР
и U_КЭР.

Входная
динамическая характеристика представляет
собой зависимость входного тока от
входного напряжения в динамическом
режиме.

Чтобы построить входную динамическую характеристику, нужно для каждого напряжения на коллекторе (для которого имеется статическая входная характеристика) определить по выходной динамической характеристике соответствующий ток базы. Затем на входных статических характеристиках следует отметить точки, которые соответствуют найденным значениям токов базы. Если теперь соединить эти точки , , плавной кривой линией, то получим входную динамическую характеристику транзистора. (Для упрощения расчета транзисторного каскада входную динамическую характеристику обычно не строят – берут из справочника.

Для
этой схемы исходный режим задается
фиксированным током базы.

11

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #

  20.11.2019699.39 Кб42d.doc

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

1. Компьютерная электроника

Лекция 10. Динамический режим работы
биполярного транзистора

2. Динамический режим

Динамическим называется режим, при котором в выходную цепь транзистора
включено сопротивление.
Конденсатор С1 предназначен:
1 для подачи усиливаемого сигнала
на вход транзисторного каскада;
2 устраняет связь по постоянному
току;
3 исключает шунтирование базоэмиттерного перехода транзистора.
Токи и напряжения в каскаде
определяются не только параметрами и
характеристиками транзистора, но и
параметрами
и
характеристиками
примененных пассивных компонентов.

3. Динамический режим

Напряжение по постоянному току на коллекторе транзистора описывается
соотношением:
Uкэ = Eк — Iк*Rк,
которое называется динамической характеристикой.
Для построения динамической характеристики рассматривают два крайних
случая:
1 Iк = 0, в этом случае Uкэ = Eк;
2 Uкэ = 0, в этом случае Iк max = Eк/ Rк.
На оси абсцисс отложим отрезок, равный – напряжению источника питания
коллекторной цепи, а на оси ординат — отрезок, соответствующий максимально
возможному току в цепи Iк max.
Между этими точками проведем динамическую характеристику.

4. Динамический режим

Из
анализа
статических
характеристик
транзистора
и
динамической характеристики каскада
выделяют
три
режима
работы
транзистора:
режим насыщения — оба перехода
открыты,
падение
напряжение
на
транзисторе мало и равно Uкэ нас;
режим отсечки — оба перехода
закрыты,
падение
напряжение
на
транзисторе описывается соотношением
Uкэ отс = Uкэ1 = Eк — Rк * Iкэ0 Eк ;
активный режим – эмиттерный
переход открыт, коллекторный закрыт.
Каскад работает в режиме усиления
электрических сигналов.

5. Рабочая точка транзисторного каскада

Динамическая характеристика определяет возможные соотношения между
токами и напряжениями в каскаде. Для определения конкретного тока и
напряжения выбирают рабочую точку.
Рабочей называется точка на динамической характеристики, которая
определяет напряжение на транзисторе и ток, протекающий через него, при
отсутствии входного сигнала.
Рабочая точка характеризуется 4-мя параметрами:
Uк0 , Iк0 и Iб0 — определяют по выходной динамической характеристике;
Uб0 — определяют по входной динамической характеристике.
Построение входной динамической характеристики затруднительно,
поэтому для инженерных практических расчетов в качестве входной
динамической
характеристики
принимается
входная
статическая
характеристика при напряжении питания отличном от нуля.

6. Рабочая точка транзисторного каскада

7. Усиление сигналов с помощью транзистора

Поясним качественно усиление электрических сигналов с помощью транзистора.
Для минимизации искажений рабочую точку выбирают в середине линейного
участка входной характеристики. Тогда базовый ток будет изменяться по закону
изменения входного напряжения

8. Усиление сигналов с помощью транзистора

9. Усиление сигналов с помощью транзистора

Коллекторный ток Iк *Iб, поэтому он изменяется по закону изменения
базового тока. Рабочая точка по переменному току перемещается по динамической
характеристике, изменяется напряжение на коллекторе транзистора. В схеме
увеличению входного сигнала соответствует увеличение базового тока, а
следовательно, и коллекторного тока, а выходное напряжение при этом
уменьшается. Из этого следует, что в этой схеме входное и выходное напряжение
изменяются в противофазе.
Переменная составляющая выходного напряжения проходит через
разделительный конденсатор С2 и выделяется на нагрузке Rн. По постоянному и
переменному току нагрузка каскада описывается соотношениями:
R= = Rк;
R = (Rк* Rн) / (Rк +Rн),
поэтому динамические нагрузки по постоянному и переменному току проходят по
разному.
Из анализа рисунка следует, что подключение нагрузки уменьшает амплитуду
выходного сигнала.

10. Температурные свойства транзистора

Транзисторы в аппаратуре подвергаются нагреванию как за счет собственного
тепла, выделяющегося при протекании по ним тока, так и за счет внешних
источников тепла. Рассмотрим влияние температуры на параметры Т-образной
эквивалентной схемы:
1/(1- ) – существенно возрастает из-за увеличения времени жизни носителей
заряда при возрастании температуры;
rэ
— линейно зависит от температуры, так как rэ= Т/Iэ, где
Т = к*Т /е – температурный потенциал. При комнатной температуре (Т = 300К)
Т T/11600=25 мВ;
эк — линейно зависит от температуры через температурный потенциал;
rб – возрастает из-за изменения удельного сопротивления материала
полупроводника;
rк Rут – зависит, в основном, через диффузионную длину и должно возрастать
при увеличении температуры. В районе комнатной температуры наблюдается спад
из-за возрастания токов утечки.

11. Температурные свойства транзистора

12. Температурные свойства транзистора

Наибольшее влияние на работу транзистора оказывает увеличение обратного
тока закрытого перехода при возрастании температуры, которое, как известно,
описывается соотношением:
I0(T) = I0(T0) *2∆T/T*.
Пусть, для примера, Iк0 = 4 мА, = 100, а Iкб0 = 1 мкА, а температура
изменилась на 40 С. У германиевого транзистора T* = 8 С. Тогда ток коллектора
при повышенной температуре составит:
в схеме ОБ Iк (Т) = Iк0 + Iкб0 (Т) = 4,032 мА;
в схеме ОЭ Ik (Т) = Iк0 + Ikэ0 (Т) = 7,2 мА.
В схеме ОЭ выходные характеристики и рабочая точка существенно
изменяются, что может привести к заметным искажениям усиливаемого сигнала.
Из анализа приведенного можно сделать вывод, что схема ОБ обладает заметно
лучшими температурными свойствами.

13. Температурные свойства транзистора

14. Частотные свойства транзистора

С
повышением
частоты
усиление
транзисторных каскадов снижается, главным
образом, по трем причинам.
1 Шунтирующее действие барьерной емкости.
С возрастанием частоты
все большая часть
генератора тока замыкается через барьерную
емкость Ск.
2 Шунтирующее действие диффузионной
емкости. С возрастанием частоты уменьшается
падение напряжения на эмиттерном переходе, а
ток эмиттера, как известно, зависит от этого
напряжения.
3 Инерционные свойства, приводящие к
отставанию тока коллектора от тока эмиттера.

15. Частотные свойства транзистора

Третью
причину
проиллюстрируем
векторными диаграммами.
На более высокой частоте запаздывание
тока Iк относительно тока IЭ ведет к
появлению заметного сдвига фаз φ между
этими токами. Теперь ток базы IБ равен
геометрической разности токов IЭ и IК,
вследствие чего он заметно увеличивается.
Коэффициент β снижается.
Коэффициент усиления по току в схеме ОБ и ОЭ описывается соответственно
соотношениями: = IК / IЭ и = IК / IБ. Из анализа векторных диаграмм следует, что
наиболее сильно возрастает базовый ток. Это позволяет сделать вывод о лучших
частотных свойствах схемы ОБ.

1


Компьютерная электроника Лекция 10. Динамический режим работы биполярного транзистора

2


Динамический режим Динамическим называется режим, при котором в выходную цепь транзистора включено сопротивление. Конденсатор С1 предназначен: 1 для подачи усиливаемого сигнала на вход транзисторного каскада; 2 устраняет связь по постоянному току; 3 исключает шунтирование базо- эмиттерного перехода транзистора. Токи и напряжения в каскаде определяются не только параметрами и характеристиками транзистора, но и параметрами и характеристиками примененных пассивных компонентов.

3


Динамический режим Напряжение по постоянному току на коллекторе транзистора описывается соотношением: U кэ = E к — I к *R к, которое называется динамической характеристикой. Для построения динамической характеристики рассматривают два крайних случая: 1 I к = 0, в этом случае U кэ = E к ; 2 U кэ = 0, в этом случае I к max = E к / R к. На оси абсцисс отложим отрезок, равный – напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординат — отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепи I к max. Между этими точками проведем динамическую характеристику.

4


Динамический режим Из анализа статических характеристик транзистора и динамической характеристики каскада выделяют три режима работы транзистора: режим насыщения — оба перехода открыты, падение напряжение на транзисторе мало и равно U кэ нас ; режим отсечки — оба перехода закрыты, падение напряжение на транзисторе описывается соотношением U кэ отс = U кэ1 = E к — R к * I кэ0 E к ; активный режим – эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт. Каскад работает в режиме усиления электрических сигналов.

5


Рабочая точка транзисторного каскада Динамическая характеристика определяет возможные соотношения между токами и напряжениями в каскаде. Для определения конкретного тока и напряжения выбирают рабочую точку. Рабочей называется точка на динамической характеристики, которая определяет напряжение на транзисторе и ток, протекающий через него, при отсутствии входного сигнала. Рабочая точка характеризуется 4-мя параметрами: U к0, I к0 и I б0 — определяют по выходной динамической характеристике; U б0 — определяют по входной динамической характеристике. Построение входной динамической характеристики затруднительно, поэтому для инженерных практических расчетов в качестве входной динамической характеристики принимается входная статическая характеристика при напряжении питания отличном от нуля.

6


Рабочая точка транзисторного каскада

7


Усиление сигналов с помощью транзистора Поясним качественно усиление электрических сигналов с помощью транзистора. Для минимизации искажений рабочую точку выбирают в середине линейного участка входной характеристики. Тогда базовый ток будет изменяться по закону изменения входного напряжения

8


Усиление сигналов с помощью транзистора

9


Коллекторный ток I к *I б, поэтому он изменяется по закону изменения базового тока. Рабочая точка по переменному току перемещается по динамической характеристике, изменяется напряжение на коллекторе транзистора. В схеме увеличению входного сигнала соответствует увеличение базового тока, а следовательно, и коллекторного тока, а выходное напряжение при этом уменьшается. Из этого следует, что в этой схеме входное и выходное напряжение изменяются в противофазе. Переменная составляющая выходного напряжения проходит через разделительный конденсатор С2 и выделяется на нагрузке R н. По постоянному и переменному току нагрузка каскада описывается соотношениями: R = = R к ; R = (R к * R н ) / (R к +R н ), поэтому динамические нагрузки по постоянному и переменному току проходят по разному. Из анализа рисунка следует, что подключение нагрузки уменьшает амплитуду выходного сигнала.

10


Температурные свойства транзистора Транзисторы в аппаратуре подвергаются нагреванию как за счет собственного тепла, выделяющегося при протекании по ним тока, так и за счет внешних источников тепла. Рассмотрим влияние температуры на параметры Т-образной эквивалентной схемы: 1/(1- ) – существенно возрастает из-за увеличения времени жизни носителей заряда при возрастании температуры; r э — линейно зависит от температуры, так как r э = Т /I э, где Т = к*Т /е – температурный потенциал. При комнатной температуре (Т = 300К) Т T/11600=25 мВ; эк — линейно зависит от температуры через температурный потенциал; r б – возрастает из-за изменения удельного сопротивления материала полупроводника; r к R ут – зависит, в основном, через диффузионную длину и должно возрастать при увеличении температуры. В районе комнатной температуры наблюдается спад из-за возрастания токов утечки.

11


Температурные свойства транзистора

12


Наибольшее влияние на работу транзистора оказывает увеличение обратного тока закрытого перехода при возрастании температуры, которое, как известно, описывается соотношением: I 0 (T) = I 0 (T 0 ) *2T/T*. Пусть, для примера, I к0 = 4 мА, = 100, а I кб0 = 1 мкА, а температура изменилась на 40 С. У германиевого транзистора T* = 8 С. Тогда ток коллектора при повышенной температуре составит: в схеме ОБ I к (Т) = I к0 + I кб0 (Т) = 4,032 мА; в схеме ОЭ I k (Т) = I к0 + I kэ0 (Т) = 7,2 мА. В схеме ОЭ выходные характеристики и рабочая точка существенно изменяются, что может привести к заметным искажениям усиливаемого сигнала. Из анализа приведенного можно сделать вывод, что схема ОБ обладает заметно лучшими температурными свойствами.

13


Температурные свойства транзистора

14


Частотные свойства транзистора С повышением частоты усиление транзисторных каскадов снижается, главным образом, по трем причинам. 1 Шунтирующее действие барьерной емкости. С возрастанием частоты все большая часть генератора тока замыкается через барьерную емкость С к. 2 Шунтирующее действие диффузионной емкости. С возрастанием частоты уменьшается падение напряжения на эмиттерном переходе, а ток эмиттера, как известно, зависит от этого напряжения. 3 Инерционные свойства, приводящие к отставанию тока коллектора от тока эмиттера.

15


Частотные свойства транзистора Третью причину проиллюстрируем векторными диаграммами. На более высокой частоте запаздывание тока I к относительно тока I Э ведет к появлению заметного сдвига фаз φ между этими токами. Теперь ток базы I Б равен геометрической разности токов I Э и I К, вследствие чего он заметно увеличивается. Коэффициент β снижается. Коэффициент усиления по току в схеме ОБ и ОЭ описывается соответственно соотношениями: = I К / I Э и = I К / I Б. Из анализа векторных диаграмм следует, что наиболее сильно возрастает базовый ток. Это позволяет сделать вывод о лучших частотных свойствах схемы ОБ.