Файл: ТЭ.docx

где - сквозной тепловой ток отдельно взятого коллекторногоpn-перехода в режиме оторванной базы (при , т. С, режим отсечки). За счет прямого смещения базового перехода (рис. 6.16) ток много больше теплового тока коллектораI_к0.

В режиме насыщения база должна быть обогащена неосновными носителями. Критерием этого режима является равновесная концентрация носителей на КП (U_КБ=0). В силу уравнения U_КЭ=U_КБ+U_БЭ, равенство напряжения на коллекторном переходе нулю может иметь место при небольших отрицательных напряжениях между базой и эмиттером. При U_КЭ 0 и U_БЭ<0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (U_КЭ<U_БЭ) U_КБ меняет свой знак, сопротивление коллекторного перехода резко уменьшается, коллектор начинает инжектировать дырки в базу. Поток дырок из коллектора компенсирует поток дырок из эмиттера. Ток коллектора меняет свой знак (на выходных ВАХ эта область обычно не показывается).

При больших напряжениях на коллекторе возможен пробой коллекторного перехода за счет лавинного умножения носителей в ОПЗ (т. D). Напряжение пробоя зависит от степени легирования областей транзистора. В транзисторах с очень тонкой базой возможно расширение ОПЗ на всю базовую область (происходит прокол базы).

Сравнивая выходные ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ и ОБ (рис. 6.17), можно заметить две наиболее существенные особенности: во-первых, характеристики в схеме с ОЭ имеют больший наклон, свидетельствующий об уменьшении выходного сопротивления транзистора и, во-вторых, переход в режим насыщения наблюдается при отрицательных напряжениях на коллекторе.

Рост тока коллектора с увеличением U_КЭ определяется уменьшением ширины базы. Коэффициенты переноса æ и передачи тока эмиттера α растут, но коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ растет быстрееα. Поэтому при постоянном токе базы ток коллектора увеличивается сильнее, чем в схеме с ОБ.

6.3 Включение транзистора по схеме с общим коллектором

Если входная и выходная цепи имеют общим электродом коллектор (ОК) и выходным током является ток эмиттера, а входным ток базы, то для коэффициента передачи тока справедливо:

Вв таком включении коэффициент передачи тока несколько выше, чем во включении ОЭ, а коэффициент усиления по напряжению незначительно меньше единицы, так как разность потенциалов между базой и эмиттером практически не зависит от тока базы. Потенциал эмиттера практически повторяет потенциал базы, поэтому каскад, построенный на основе транзистора с ОК, называют эмиттерным повторителем. Однако этот тип включения используется сравнительно редко.

Сопоставляя полученные результаты, можно сделать выводы:

1. Схема с ОЭ обладает высоким усилением как по напряжению, так и по току, У нее самое большое усиление по мощности. Отметим, что схема изменяет фазу выходного напряжения на 180. Это самая распространенная усилительная схема.

2. Схема с ОБ усиливает напряжение (примерно, как и схема с ОЭ), но не усиливает ток. Фаза выходного напряжения по отношению к входному не меняется. Схема находит применение в усилителях высоких и сверхвысоких частот.

3. Схема с ОК (эмиттерный повторитель) не усиливает напряжение, но усиливает ток. Основное применение данной схемы - согласование сопротивлений источника сигнала и низкоомной нагрузки.

6.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора

Основными величинами, характеризующими параметры биполярного транзистора являются коэффициенты передачи тока эмиттера и базы, сопротивление эмиттерного () и коллекторного () переходов, а также коэффициент обратной связи эмиттер-коллектор ().

Дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера равен:

где – эффективность коллектора,– коэффициент инжекции или эффективность эмиттера:

–коэффициент переноса,

;α* - эффективность коллектора.

С увеличением постоянного тока эмиттера база транзистора заполняется носителями и эффективность эмиттера падает.

С ростом тока эмиттера величина коэффициента передачи α вначале растет в результате увеличения коэффициента переноса, а затем падает, что объясняется уменьшением коэффициента инжекции эмиттерного перехода γ.

Зависимость коэффициента передачи транзистора от напряжения на коллекторе определяется изменением ширины базы, а также лавинным умножением носителей в ОПЗ коллекторного перехода. Расширение ОПЗ происходит за счет уменьшения ширины базы, при этом коэффициенты γ и увеличиваются, поэтому с увеличениемU_к значение α растет. При больших напряжениях электроны и дырки, пересекающие ОПЗ коллекторного перехода, могут вызывать ударную ионизацию, в результате ток коллектора увеличивается.

Коэффициент передачи транзистора с учетом лавинного умножения определяется соотношением , где- коэффициент лавинного умножения в КП, обусловленный ударной ионизацией, гдеU_пр – пробивное напряжение коллекторного перехода, n – коэффициент, величина которого для германия и кремния колеблется в пределах 3…5, в зависимости от типа проводимости и сопротивления материала (рис. 6.).

Коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером:

Зависимости коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера и напряжения на коллекторном переходе представлены на рис. 6.24.

Спад β в области малых токов эмиттера (область 1) обусловлен рекомбинацией носителей заряда в ОПЗ эмиттера, а спад в области больших токов (область 3) – уменьшением коэффициента инжекции.

Зависимость β от напряжения на коллекторном переходе обусловлено расширение ОПЗ в область базы (эффектом Эрли), при больших напряжениях дополнительное возрастание β связано с явлением лавинного размножения носителей в ОПЗ коллекторного перехода.

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:

Оценим значение этого сопротивления в режиме ОБ.

Пусть I_э=1 мА, Т=300 К, φ_Т=0,026 В, R_э=26 Ом.

Сопротивление эмиттера с ростом тока эмиттера уменьшается по гиперболическому закону. Зависимость от напряжения на коллектореU_К определяется изменением ширины базы W: с увеличением U_К ширина базы уменьшается. Следовательно, ток эмиттера растет и сопротивление эмиттера падает.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода определяется по формуле: