P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р

Скачати 0.74 Mb.

Назва	P-n перехід та його застосування в техніці” Виконав Студент ІІ-го курсу 204 групи ІТФ Романюк Богдан Володимирович Керівник Крамар Валерій Максимович Чернівці, 2008р
Сторінка	5/8
Дата	09.04.2013
Розмір	0.74 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Фізика > Документи

1 2 3 4 5 6 7 8

Розглянемо тепер залежність струму колектора від напруги Uке при різних iб (Uбе), представлених на рис 7.5.а. ця залежність називається вихідними характеристиками.

При збільшенні Uбе (Iб) зростає струм емітера, і відповідна характеристика проходить вище. При цьому зростає її нахил в активному режимі, а пробій виникає при меншому значенні Uке. Зменшення пробивної напруги пояснюється збільшенням температури переходу колектора при зростанні струму колектора. При напрузі Uбео Iб = 0 перехід колектора закрито, струм колектора визначається потоками 6 і 8, переважаючими над 2 і 4, збільшуеться і від’ємний компонент базового струму конденсація якогододатнім компонентам, що створюються потоками 1 і 3, а потребує збільшення напруги Uбэ. При цьому струм колектора рівний Ie < 0, коли Ie = 0, а –iко = -iб емітерний перехід закривається, а струм колектора i_к.зв. замикається через ланцюг бази і називається початковим струмом колектора.

Збільшення Uке приводить до ще більшого замикання переходу колектора, але i_к.зв залишається практично постійним.

На рис. 3.10б представлена залежність струму бази від напруги. При Uке > 0характеристика iб, розглянутої на рис. 3.8. Збільшення Uке приводить до зменшення товщину бази і базового струму, струм істотно змінюється тільки в невеликих напруг Uке. Одночасно збільшується напруга замикання Uбео базового струму (рис. 3.8) і характеристика зсуву управо. Це пояснюється тим, що при більшому Uке, коли потоки 6 і 8 все більш переважають під потоками 2 і 4, збільшується і негативний компонент базового струму, компенсація якого позитивним компонентам, створюваним потоками 1 і 3, вимагає збільшення напруги Uбе.

СИСТЕМИ ПАРАМЕТРІВ ТРАНЗИСТОРІВ
Транзистор можна розглядати як чотириполюсник (рис 7.7), зовні що характеризується чотирма величинами: вихідними – напругою U1 і струмом I1 і вихідними – U2 і I2.
Залежно від того, які з цих чотирьох величин прийняти за незалежні змінні, можна отримати шість систем рівнянь, з яких наступні три знайшли практичне застосування.

Якщо розглядати транзистор, що знаходиться під взаємодією малих змінних напруг, то його можна приблизно вважати лінійною системою. У такому разі для кожної з систем рівнянь (1-3) функція і аргумент будуть зв'язані постійними параметрами. В межах однієї системи рівнянь ці параметри, зберігаючи свою розмірність і фізичне значення, будуть різними по величині для кожної з схем включення транзистора. Параметри транзистора, визначені на підставі теорії лінійних четирьохполосників, іноді називають також малосигнальними параметрами.

h – параметри можна визначити графо – аналітично по статистичних характеристиках. Для визначення всіх h – параметрів графо – аналітичним способом необхідно мати не менше двох характеристик кожного сімейства (вхідних і вихідних). Параметри розраховуються по величинах кінцевих приростів струмів і напруг поблизу робочої точки транзистора.

Для схеми із загальним емітером, наприклад, на сімействі вхідних характеристик в робочій крапці А будують трикутник (рис ). З А проводять прямі, паралельні осі абсцис і осі ординат, до перетину з другою характеристикою в крапках В і С. Из отриманого характеристичного трикутника одержують всі необхідні величини для визначення h11е і h12е. Відрізок АВ представляє ∆Uбе(в), а АС – приріст ∆I(мкА). Приріст напруги колектора визначається як різниці напруг, при яких знімалися характеристики ∆U=Uке” - Uке’ (в).

Тоді

В робочій крапці А’ по характеристиках можна визначити параметри h_22е і h_21е (рис. 3.12б). Провівши з крапки А’ вертикальну пряму до перетину з наступною характеристикою, знаходять приріст струму колектора ∆Iк при Uке’=const. (відрізок А’Д), викликане приростом струму бази

∆I_б=I_б”- I_б’.

Тоді

Для визначення параметра h_22е з А’ проводиться пряма, паралельна осі абсцис, такої довжини, щоб було визначити достатнє для вимірювань струму ∆I’к =В’С’. По крапках А’Б’ знаходиться прирости напруги колектора ∆Uке’.

Точність визначення параметрів графо – аналітичним способом невисока.

РОБОТА ТРАНЗИСТОРІВ З НАВАНТАЖЕННЯМ

Якщо в ланцюг колектора транзистора включити опір Rк (рис. 8.1), то зміни струму колектора будуть визначаться не тільки зміни струму бази, але і змінами напруги колектор – емітер, яке при роботі транзистора з навантаженням не залишається постійним і завжди менше ЕДС джерела живлення колектора Теньк.
Uке=Eк-IкRк (8.1)
Із співвідношення (8.1) видно, що при збільшення струму колектора збільшується падіння напруги на опорі навантаження, а напруга на колекторі транзистора зменшується. Навпаки, зменшення струму колектора супроводиться підвищенням напруги Uке. Виникаючі зміни напруги колектора впливають на струм колектора протилежно зміні струму бази: якщо під дією струму бази струм колектора зростає, то що зменшуються при цьому Uке дещо слабшає зростання струму колектора. Тобто, при роботі транзистора з навантаженням зміни струму колектора будуть обуславливаться сумісною дією змін струму бази і напруги Uке. Такий режим роботи транзистора іноді називають динамічним, а характеризуючи його характеристики – динамічними. Співвідношення (8.1) можна переписати:

(8.2)
Пряма лінія, описувана (8.2) називається прямою навантаження (або лінією навантаження). На сімействі вихідних характеристик пряму навантаження можна побудувати по двох крапках (рис. 8.2). якщо Iк=0, то Uке=Eк. Відклавши на осі абсцис величину Теньк, отримаємо першу точку прямої навантаження (крапку А). в цій крапці транзистор замкнутий позитивною напругою на базі щодо емітера (Iб<0).

Другу точку прямої навантаження знаходимо, задаючись величиною Uке. Наприклад, при Uке=0 Iк=Ек/Rк (крапка В). Проведена через А і В пряма є джерелом прямої навантаження. Пряму навантаження можна струм же провести з крапки А під кутом ψ=arctgRк. Пряма навантаження визначає залежність струму колектора від одночасно що змінюються струму бази і напруги на колекторі при постійній ЕДС джерела живлення колектора і незалежному опорі навантаження. Використовуючи пряму навантаження, можна побудувати динамічну характеристику транзистора даний спосіб застосовується рідше. Внутрішній зворотний зв'язок по напрузі в слідстві модуляції товщини бази відображений включенням генератора в емітер. Об'ємний опір бази r’ включений між внутрішньою точкою бази Б’ і зовнішнім висновком бази Б. Ємкості емітерного переходу звичайно не враховується (основну частку в місткості емітера складає дифузійна місткість, а її вплив враховується автоматично через залежність коефіцієнта передачі струму від частоти). Місткість колектора Ск шунтується опором rк. У ряді випадків враховуються струми витоку колектора (опір Rут). Свідчення на рис. 8.4 еквівалентна схема незручна для практичних розрахунків, оскільки містить два генератори. Еквівалентний генератор Мек Uк можна виключити, замінивши його опором, включеним в ланцюг бази. Тоді загальний опір бази транзистора rб, визначуваний відношенням приросту напруги між емітером і базою до приросту струму колектора при холостому ходу в ланцюзі емітера по змінному струму, рівно
r_б=r_б’+ r_б’’ (8.3)
де r_б’ – об'ємний опір бази; r_б” – дифузійний опір бази, обумовлено впливом напруги колектора на емітері в результаті модуляції товщини бази. Дифузійний опір бази визначається наближеною формулою

(8.4)
Дифузійна складова опору бази достатньо великої. Тому на низьких частотах загальний опір r_б, значно перевищує величину r_б’, що проводиться в довідниках. Опір r_е” схеми рис 8.4

(16.3)
Для побудови еквівалентної схеми транзистора в схеми транзистора в схемі з ОЕ можна використовувати еквівалентну схему з Про, змінивши вхідні затиски. Проте при аналізі схем на транзисторах така еквівалентна схема не зручна, оскільки параметри еквівалентного генератора в ній визначаються не струмом вхідного електроду (бази), а струмом емітера електроду (бази), а струмом емітер. Тому для схеми з ОЕ будується спеціальна схема Рис. 8.6, параметри якої можна визначити таким чином.

(16-4)
Множник при Iб є коефіцієн-том передачі струму бази в схемі з ОЕ (його часто називають коефіцієнтом по-силення по струму в схемі з ОЕ) і позначають β.

(16.5)
Вираз (16-5) показує, що в схемі із загальним емітером посилення може бути багато більше одиниці. Наприклад, при α=0,98 β=49, при α=0,99 β=100.
Струм колектора в схемі з ЗЕ може бути записаний

(8.7)

де

Струм Iкос протікає в ланцюзі колектора при розімкненому ланцюзі бази (Iб = 0) і іноді називається cкрізним струмом колектора. Цей струм є зворотним (некерований) струмом колектора в схемі з ЗЄ. Скрізний струм колектора в 1+β раз перевищує струм Ik3b і може досягти сотень мікроамперів.
Якщо I_б=I_k3b то струм Iк мінімальний і рівний I_k3b. В діапазоні струмів бази від I_б=-I_ко до Iб=0 транзистор в схемі з ЗЕ управляється негативним вхідним струмом. Опір колектора в схемі з ЗЕ дорівнює:

Ємкість

(8.7)

Опір rке в десятки разів менше ніж rк, а місткість Ске в стільки ж разів більше Ск. Проте постійні часу переходу колектора в обох схемах включення однакові:

(8.10)

ЗАЛЕЖНІСТЬ ПАРАМЕТРІВ ТРНЗИСТОРА ВІД ТЕМПЕРАТУРИ І ЧАСТОТИ.
Параметри транзистора залежать від робочого режиму і температури. Сильна залежність електропровідності напівпровідників від температури обумовлює температурні зміни параметрів транзистора (рис. 8.6). Коефіцієнт передачі струму, опори емітера і коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі із зростанням температури зростають. Коефіцієнт α в робочому діапазоні температур змінюється мало, а коефіцієнт β може мінятися в 3 - 4 рази у кремнієвих транзисторів в інтервалі температур від -60 до 150 С, а у германієвих в інтервалі від -60 до +70 С . Зростання опорів rк і rб’ обмежується кімнатними температурами. При великих температурах rк може дещо знизитися за рахунок витоків і ударної іонізації, а rб’ - за рахунок збільшення електропровідності бази. Крім того, параметри транзистора змінюються при коливаннях температури в результаті зміни струму Ik3b. Унаслідок різкого збільшення струму Ir3b і погіршення випрямних властивостей p-n- переходу германієві транзистори втрачають працездатність при температурах 80 - 100 С, а кременеві - при 180 - 200 С.

Транзистори широко застосовуються для генерації і посилення сигналів змінного струму. Проте із зміною частоти підсилюваних, сигналів параметри транзистора і раніше всього коефіцієнт передачі струму різко змінюються. При аналізі роботи транзисторних схем важливо знати залежність від частоти коефіцієнта передачі струму емітера (або бази).Наближена залежність коефіцієнта передачі струму емітера від частоти має вигляд:

(8.11)
де αо - модуль коефіцієнта передачі струму емітера на низькій частоті (при ωа=0), ωа- гранична частота коефіцієнта передачі струму емітера (ωа= 2пfa). Частота, на якій модуль коефіцієнта передачі струму емітера α зменшується в √2 раз в порівнянні з його значенням на низькій частоті, називається граничною частотою коефіцієнта передачі струму емітера і позначається fα (або ωα=2πfα). Транзистори, виготовлені з одного і того ж матеріалу з базами різної товщини, матимуть різні fα.

Модуль коефіцієнта передачі α на частоті ω рівний:

(8.12)
Кут зсуву фаз коефіцієнта передачі струму емітера має вигляд:

(8.13)
Залежність модуля α і фази φα від частоти (амплітудно-частотна і фазочастотна характеристики коефіцієнта передачі) приведені на рис8.7. Характеристики побудовані в нормованих координатах, кут зсуву фаз відкладається в абсолютних одиницях.

В схемі з ЗЕ коефіцієнт передачі бази значно сильніше залежить від частоти, ніж в схемі з Про, а гранична частота значно нижче, чім f Основною причиною різкого зменшення β із зростанням частоти є не падіння α, а збільшення φα. Частота, на якій модуль коефіцієнта передачі струму бази β зменшується в √2 раз в порівнянні з його значенням на низькій частоті, називається граничною частотою fβ.

(8.14)
Кут зсуву фаз коефіцієнта передачі струму бази

(8.15)
При роботі транзистора на змінному струмі велику роль грає ємкість колектора Ск. Тому для підвищення працездатності транзистора на високих частотах ємкість Ск бажано звести до мінімуму. Добуток об'ємного опору бази на ємкість колектора називається постійною часу ланцюгу зворотного зв'язку rб’ Ск. Постійна часу ланцюга зворотного зв'язку визначає максимальну частоту генерації fmax –найбільшу частоту автоколивань генератора на транзисторі.

[Мгц] (8.16)
де fα – в гц, rб’, Ск – пікосекундах.

Таким чином, транзистор, призначений для роботи в діапазоні високих частот, повинен мати малу товщину бази, малий об'ємний опір бази і малу ємкість колектора. Ці вимоги суперечливі: зменшення товщини бази збільшує опір rб’; зменшення опору rб’ збільшує ємкість Ск. (переходу). Тому граничні частоти бездрейфових транзисторів звичайно щодо низки

ШУМИ ТРАНЗИСТОРА

На роботу вхідних каскадів високочутливих підсилювачів великий вплив надають власні шуми транзистора, що обмежують межу можливого посилення малих сигналів. Шуми транзистора є малими безладними коливаннями (флуктуаціями) струму колектора біля свого середнього значення. Основними складовими шумів транзистора є теплові, дробові і надмірні шуми.

Теплові шуми обумовлені хаотичним тепловим рухом носіїв заряду в об'ємі напівпровідника. Вони мають рівномірний частотний спектр (так званий, “білий шум”) і оцінюються еквівалентною середньоквадратичною ЕДС шуму:

1 2 3 4 5 6 7 8

Схожі:

Характеристика групи №46 У 46 групі навчається 25 учень, всі хлопці. Вік дітей 15-17 років. Класний керівник Моргун Роман Володимирович	Конспект з філософії Виконав: студент групи ЗІК-01 Гуськов П. А. Київ-2011 ...
1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	1. Загальна характеристика Якщо студент постійно відвідував занаття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...
Методические указания по развитию навыков чтения и устной речи по... Якщо студент постійно відвідував заняття, успішно виконав усі контрольні завдання впродовж семестру, має позитивну атестацію на підставі...	Курсової роботи обирається за порядковим номером із переліку робіт... Цивільного та сімейного права України або пов’язана з його професійною діяльності. Самовільна зміна теми курсової роботи без дозволу...
Тема: "Раціоналізм або емпіризм" Виконав студент 12ПМ Шрамко Євген... Введення	СКЛАД Валерій Володимирович заступник міського голови, заступник голови конкурсної комісії
Максим Максимович – «маленька людина» з великою душею. (Роман М.... ...	Вибір варіанту здійснюється від позиції прізвища виконавця в списку... Поняття населення держави і його склад. Громадянство і його значення в сучасних міжнародних відносинах

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання