При снижении коллекторного напряжения до величины, меньшей напряжения базы, открывается коллекторный переход, что должно было бы повлечь за собой увеличение тока базы, но по условию он должен быть постоянным. Для поддержания тока базы на заданном уровне приходится снижать напряжение базы, что сопровождается уменьшением токов эмиттера и коллектора, поэтому выходные харак­теристики при  имеют резкий спад. Транзистор перехо­дит в режим насыщения, при котором неосновные носители заряда инжектируются в базу не только эмиттерным, но и коллекторным переходом Эффективность управления коллек­торным током при этом существенно снижается, коэффициент переда­чи тока  базы  резко уменьшается.

Как показано на рис. 5-7 крупным масштабом в окружности, вы­ходная характеристика при наличии тока базы не проходит через на­чало координат.

При очень напряжениях Uкэ наблюдается резкое падение коллекторного тока с уменьшением напряжения Uкэ и независимость тока коллектора от тока базы. При этом транзистор входит в режим насыщения, который характеризуется тем, что при малых напряжениях коллектор – эмиттер оба p-n перехода, как эмитерный, так и коллекторный, оказываются смещены в прямом направлении.

Отметим, что напряжение Uкэ, при котором наступает насыщение, очень невелико у кремниевого транзистора. Например, напряжение насыщения      Uкэ может быть равным=-0,2(В) при UБэ=-0,9(В) и UкБ=+0,7(В) и только при очень больших токах базы и коллектора напряжение насыщения Uкэ нас=0,5-1В  

Для расчета транзисторных схем иногда применяют выходные ха­рактеристики, снятые при постоянном напряжении базы. Они отли­чаются от рассмотренных характеристик, снимаемых при постоянном токе базы, большей неравномерностью расстояний по вертикали между соседними характеристиками, обусловленной экспоненциальной зави­симостью между напряжением и током базы.

Схема с общим коллектором. (Эмиттерный повторитель)

   На рис.(5.8) показана схема с общим коллектором (ОК).

                                                         RБ                       Rк

                                      Rr        C                                VT

                                                                                       Сэ

                                                                                                               U п

                                                                          Rэ         Rн

                                                         Рис.(5-8)

Схема называется эмитерным повторителем, так как напряжение на эмиттере по полярности совподает с напряжением на входе и близко к нему по значению.

Если сопротивление нагрузки мало и выполняется условие  h22э ‌‌‌‍│Rн│«1  (5.18) в этом случае можно принебречь не только током цепи  h22э,  но  и   ЭДС генератора h22э Uкэ.

Коэффициент передачи тока.  В соответствии с эквивалентной схемой коэффициент передачи тока  КI=-Iэ/IБ=( IБ+ h21эIБ)/ IБ= h21э +1  (5.19)

 Выходное сопративление.  Ток эмиттера  Iэ =-( IБ + h21эIБ)=-(1+ h21э) IБ.      (5.20)

Выходное сопротивление эмиттерного повторителя зависит от сопротивления генератора и мало, когда сопротивление генератора мало по сравнению с h11э. Малое выходное сопротивление эмиттерного повторителя является его ценным свойством. Благодаря этому свойству его выходное сопротивление эквивалентно генератору напряжения, которое мало изменяется при изменении сопротивления нагрузки.    

4. Анализ эквивалентных схем биполярного транзистора.

Все параметры можно разделить на собственные (или первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства самого транзистора независимо от схемы его включения, а вторичные параметры для различных схем включения различны.

                                                             ά Іэ

                              r эо                        r ко

                                                               r Бо

                                           E 1                          E 2

Рис. 6-1. Эквивалентная Т-образная  схема  транзистора в схеме с ОБ.

В качестве собственных параметров помимо знакомого нам коэффициента усиления по току  принимают некоторые сопротивления в соответствии с эквивалентной схемой транзистора для переменного тока (рис. 6-1). Эта схема, называемая Т-образной, отображает электрическую структуру транзистора и учиты­вает его усилительные свойства. Как в этой, так и в других эквивалентных схемах следует подразумевать, что на вход включается источник усиливаемых колебаний, создающий входное напряжение с амплитудой , а на выход - нагрузка RH. Здесь и в дальнейшем для переменных токов и напряжений будут, как правило, указаны их амплитуды. Во многих случаях они могут быть заме­нены действующими, а иногда и мгновенными значениями.

Основными первичными параметрами являются сопротивления , и , г. е. сопротивления эмиттера, коллектора и базы для переменного тока. Со­противление , представляет собой сопротивление эмиттерного перехода, к кото­рому добавляется сопротивление эмиттерной области. Подобно этому  явля­ется суммой сопротивлений коллекторного перехода и коллекторной области, но последнее очень мало по сравнению с сопротивлением перехода. А сопротивление  есть поперечное сопротивление базы.

В схеме на рис. 6-1,а усиленное переменное напряжение на выходе получается от некоторого эквивалентного генератора, включенного в цепь кол­лектора; ЭДС этого генератора пропорциональна  току эмиттера .

Эквивалентный генератор надо считать идеальным, а роль его внутреннего сопротивления выполняет сопротивление . Как известно. ЭДС любого генератора равна произведению его тока короткого замыкания на внутреннее сопротивление. В данном случае ток короткого замыкания равен , так как  при , т. е. при коротком замыкании на выходе. Таким образом, ЭДС генератора равна .

Вместо генератора ЭДС можно ввести в схему генератор тока. Тогда получается наиболее часто применяемая эквивалентная схема (рис. 6-1, б). В ней генератор тока создает ток, равный . Значения первичных параметров примерно следующие. Сопротивление , составляет десятки Ом,  — сотни Ом, а — сотни килоОм и даже единицы мегаОм. Обычно к трем сопротивлениям в качестве четвертого собственного параметра добавляют еще . Рассмотренная эквивалентная схема транзистора пригодна только для низких частот. На высоких частотах необходимо учитывать еще емкости эмиттерного и коллекторного переходов,   что   приводит   к   усложнению   схемы.

                                                                                   βIБ

                                  r Бо                    r ко

                                                              r эо

                                           E 1                       E 2

Рис.   6-2.  Эквивалентная   Т-образная   схема   транзистора, включенного по  схеме ОЭ

Эквивалентная схема с генератором тока для транзистора, включенного по схеме ОЭ. показана на рис. 6-2. В ней генератор дает ток , а со­противление коллекторного перехода по сравнению с предыдущей схемой зна­чительно уменьшилось и равно  или, приближенно если учесть. что  и . Уменьшение сопротивления коллекторного перехода в схеме ОЭ объясняется тем, что в этой схеме некоторая часть напряжения  приложена к эмиттерному переходу и усиливает в нем инжекцию. Вслед­ствие этого значительное число инжектированных носителей приходит к коллек­торному, переходу и его сопротивление снижается.

Переход от эквивалентной схемы ОБ к схеме ОЭ можно показать сле­дующим образом. Напряжение, создаваемое любым генератором, равно разности между ЭДС и падением напряжения на внутреннем сопротивлении. Для схемы по рис. 6-1, а это будет

Заменим здесь  на сумму . Тогда получим

В этом выражении первое слагаемое  представляет собой ЭДС, а вто­рое слагаемое есть падение напряжения от тока  на сопротивлении , которое является сопротивлением коллекторного перехода. А ток ко­роткого замыкания, создаваемый эквивалентным генератором тока, равен от­ношению ЭДС к внутреннему сопротивлению, т. е.

Рассмотренные Т-образные эквивалентные схемы являются приближенными, так как на самом деле эмиттер, база и коллектор соединены друг с другом внутри транзистора не в одной точке. Но тем не менее использование этих схем для решения теоретических и практических задач не дает значительных погрешностей.

5. Н – параметры биполярного транзистора.

В настоящее время основными считаются смешанные (или гибридные) пара­метры, обозначаемые буквой h или H. Название «смешанные» дано потому, что среди них имеются две относительные величины, одно сопротивление и одна проводимость. Именно h-параметры приводятся во всех справочниках. Параметры системы h удобно измерять. Это весьма важно, так как публи­куемые  в  справочниках  параметры  являются  средними,  полученными  в  результате измерений параметров нескольких транзисторов данного типа. Два из h-параметров определяются при коротком замыкании для переменного тока на выходе, т. е. при отсутствии нагрузки в выходной цепи. В этом случае на выход транзистора подается только постоянное напряжение (U2=const) от ис­точника Е2. Остальные два параметра определяются при разомкнутой для переменного тока входной цепи, т. е. когда во входной цепи имеется только постоянный ток (I1=const), создаваемый источником питания. Условия U2=const и  I1=const нетрудно   осуществить   на   практике   при   измерении   h-параметров.

                            I1                                                              I2

                  U1                                                                                  U2

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8