Электротехника и электроника. - Немцов М.В.
Скачать (прямая ссылка):
13.4. Биполярные транзисторы
Работа биполярных транзисторов основана на явлениях взаимодействия двух близко расположенных /?-и-переходов.
Идеализированная модель биполярного транзистора представляет собой трехслойную структуру п-р-п- (рис. 13.9) или р-п-р-тнпа. На рис. 13.10, а и б даны условные обозначения этих транзисторов. Транзистор называется биполярным потому, что физические процессы в нем связаны с движением носителей зарядов обоих знаков (свободных дырок и электронов).
Средний слой биполярного транзистора называется базой Б, один крайний слой — коллектором К, другой крайний слой —
311
Эмиттер База Коллектор и-тип р-тип и-тип
X-
Рис. 13.9
эмиттером Э. Каждый едой имеет вывод, с помощью которого транзистор включается в цепь. В зависимости от полярности напряжений между выводами биполярного транзистора он работает в различных режимах.
Различают четыре режима работы биполярного транзистора:
• активный режим, в котором переход эмиттер—база включен в прямом направлении, а переход коллектор—база — в обратном;
• инверсный режим, в котором переход эмиттер—база включен в обратном направлении, а переход коллектор—база — в прямом;
• режим отсечки, в котором оба перехода включены в обратном направлении;
• режим насыщения, в котором оба перехода включены в прямом направлении.
Если транзистор применяется для усиления сигналов, то основным является его активный режим работы, если в качестве ключа — режимы отсечки и насыщения.
При подключении положительного полюса источника постоянной ЭДС Еэ = -1/эв к базе потенциальный барьер р-я-переход (и-р-я-транзистор на рис. 13.9) между базой и эмиттером понижается. Свободные электроны инжектируются из эмиттера в базу, образуя ток I3 в цепи эмиттера. Если между коллектором и базой включен источник постоянной ЭДС Ек = UKE отрицательным полюсом к базе, то увеличивается потенциальный барьер /7-и-перехода между базой и коллектором. Большая часть п-р-п б s^X р-п-р электронов, инжектированных из эмиттера в базу, втягивается сильным электрическим полем напряженностью ?КБ этого /7-я-перехода, образуя ток /к в цепи коллектора. Незначительная
312
Рис. 13.10
Рис. 13.11
часть свободных электронов, инжектированных из эмиттера в базу, образует ток /Б в цепи базы.
В рассмотренном случае база является общим электродом входной и выходной цепей. Такая схема включения биполярного транзистора называется схемой с общей базой (ОБ). Возможны также схемы включения биполярного транзистора с общим коллектором (OK) и общим эмиттером (ОЭ). Последнюю на примере п-р-п-транзистора рассмотрим более подробно, так как характеристики транзистора при таком включении используются для анализа его основных режимов работы покоя, малого сигнала и ключевого.
Режим покоя. Работу биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ в цепь постоянного тока (рис. 13.11), определяют статическими коллекторными /к( UKB)jB=consl (рис. 13.12, а) и базовыми /б(^бэ){/Кэ=сопя характеристиками. Последние в своем семействе мало отличаются друг от друга и поэтому представлены на рис. 13.12, б одной характеристикой. Напряжение ?/БЭ на базовой характеристике, при котором ток базы I3 = О, называется пороговым напряжением проводимости перехода между эмиттером и базой, или напряжением отсечки UB3oTC. Приближенно это напряжение определяется на оси абсцисс в точке ее пересечения с продолжением восходящего линейного участка базовой характеристики.
Основными статическими параметрами биполярного транзистора являются (табл. 13.3):
• МаКСИМаЛЬНО ДОПуСТИМЫе ПОСТОЯННЫе ТОК КОЛЛеКТОра /Ктах5
ток базы /Бтах, напряжения UK3max и иВЭтах, мощность потерь в
КОЛЛеКТОре /кmaxi
/к,мА'
max 100
50
.^22Z^. /Б=400мкА
4-% !---
300 мкА
'?/,. 200 мкА
РК max
100 мкА^<^>
/к<0
-7/77/77/77У77)/77//7Т/77777?{
10
^КЭтах^КэЗ
/Б, мкА< 400
200
t/кя= ЮВ
01 0,3 0,6 иъэ,в
313
Рис. 13.12
Таблица 13.3
Электрические параметры некоторых типов биполярных транзисторов
при 25 °С (по данным компании Моторола)
Тип транзистора ^КЭпих. В ¦^Ктах» А ^Ьтахэ А maxi Вт ^Ьтах> B Н*и г* 1 Котеї А U КЭнас> В
2N5877 60 10 4 150 5 20...100 0,5 1
2N5884 80 25 7,5 200 5 200...100 1 4
2N5655 250 0,5 0,25 20 6 30...250 0,1 1
2N5686 80 50 15 300 5 15...60 2 1
Окончание табл. 13.3
Тип транзистора Au МГц h'2l Д/*ЗІЩ, MKC 4 нар» MKC ДҐ*рас, MKC ДҐ*пад, MKC
2N5877 4 20 0,04 0,3 0,6 0,3
2N5884 4 20 — 0,7 1,0 0,8
2N5655 10 20 0,04 0,12 0,33 0,22
2N5686 2 15 0,03 0,4 0,5 0,23
Условия измерения параметра даны в справочнике компании Моторола.
• коэффициент передачи, или усиления, постоянного тока при напряжении UK3 = const
H
/к -/кL
21
(13.5)
Они определяют область работы транзистора, отмеченную на
рис. 13.12, о штриховкой.
Режим малого сигнала. Если кроме постоянных напряжений ?/БЭ и ?/кэ между базой и эмиттером приложено также изменяющееся во времени напряжение мБЭ малого значения, то работу транзистора можно рассматривать как наложение режима покоя при отсутствии Рис. 13.13 напряжения ивэ и режима малого
314
сигнала при отсутствии напряжений иБЭ и 11кэ в схеме замещения на рис. 13.13 (ее доказательство здесь не приводится), параметры которой имеют значения
