А тепер подивимось, чи може транзистор виконувати роль ЯЕ?
Широко розповсюджені транзистори з двома p-n переходами, що мають назву біполярних. Термін "біполярний" пов'язаний з наявністю у цих транзисторів носіїв заряду двох різних типів: електронів і дірок. Для виготовлення транзисторів використовують германій і частіше кремній. Двар-и переходи створюють за допомогою тришарової структури з чергуванням областей, що мають електронну і діркову електропровідності. У відповідності до чергування областей з різними типами електро- провідності біполярні транзистори поділяються на два класи n-p-n і p-n-p типу, як показано на рис. 2. 1 1 .
N-p-n
6) Рис. 2.1 1 - Схематична побудова таумовне позначення транзисторів Центральний шар біполярних транзисторів має назву "база". Зовнішній лівий, який є джерелом носіїв заряду (електронів чи дірок) і, головним чином, створює струм приладу, називається "емітером". ГДравий зовнішній шар, що приймає заряди від емітера, називається "колектором". На перехід емітер - база напруга подається у прямому напрямку, тому, навіть при невеликій напрузі через перехід тече значний струм. На перехід колектор - база напруга подається у зворотньому напрямку. Зазвичай її величина у декілька разів перевищує напругу на переході емітер - база. На рис. 2.11 наведені також еквівалентні схеми транзисторів у ви-гаядІ двох діодів (p-n переходів) увімкнених зустрічно. 3 них видно, що така конструкція не те що не може забезпечувати підсилення електричного сигналу, а взагалі непрацездатна - струм від колектора до емітера протікати не може! Підсилюючі властивості біполярного транзистора забезпечуються щор-п переходи в ньому не незалежні, а взаємодіють один з од-им, що, в свою чергу, забезпечується технологічними особливостями виконання тришарової структури, а саме: емітер виконано з великою кількістю домішки - він має велику вільних носіїв заряду; 2) база виконана тонкою і має малу кількість основних носіїв заряду; 3) колектор - масивний і має кількість носіїв, меншу, ніж емітер.
Для початку припустимо, що увімкнено лише перехід колектор - база: до нього прикладено напругу Ер як показано на рис. 2.12. Емітерний струм І£ дорівнює нулю, у транзисторі протікає тільки зворотній струм через колекторний перехід, бо через нього рухаються лише неосновні носії заряду, які й обумовлюють початковий струм Іко (незначний за величиною).
Якщо підімкнути емітерне джерело живлення ЕЕ, як показано на рис. 2.13, емітерний перехід зміщується у прямому напрямку, через нього тече струм Іг визначеної величини. Оскільки зовнішню напругу прикладено до емітерного переходу у прямому напрямку, електрони долають перехід і потрапляють у зону бази, де частково рекомбінують з її дірками. Більшість електронів, які є неосновними носіями для бази, завдяки дрейфу досягають зони колектора, де вони є основними носіями, і, потрапляючи під дію поля E^ утворюють колекторний струм /г Струм /^практично дорівнює І£. Рівняння для струмів транзистора в усталеному режимі має вигляд ІЕ=ІБ+ІК. (2-4) де ІБ - струм бази. Зв'язок між струмом емітера і струмом колектора характеризується коефіцієнтом передачі струму, що вказує, яка частка повного струму через емітерний перехід досягає колектора I_K_
// ПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА Для сучасних транзисторів a = 0,9 *• 0,995. Транзистор p-n-p типу діє аналогічно, тільки струм через прилад зумовлений, головним чином, дірками, а полярність підключення джерел живлення протилежна. 2.4.2.Основні схеми вмикання і статичні характеристики біполярного транзистора Як елемент електричного кола, транзистор зазвичай використовується так, що один з його електродів є вхідним, другий вихідним, а третій - спільний відносно входу та виходу. У коло вхідного електроду вми-кається джерело вхідного змінного сигналу, який треба підсилити за потужністю, а у коло вихідного - навантаження, на якому виділяється посилена потужність. Залежно від того, який електрод є спільним для вхідного і вихідного кіл, як це показано на рис. 2.14, розрізняють три схеми вмикання транзисторів: - зі спільною базою - з СБ; - зі спільним емітером - з СЕ; а) б) в) Рис. 2.14 - Схеми вмикання транзистора: а)зСБ;б)зСЕ;в)зСК Слід зазначити, що основні схеми вмикання розглядаються для змінного сигналу. " схемі з СБ: /^-вхідний струм, /^-вихідний, передатність струму - ; динамічна - adm = статична - a =
иКБ - const' ПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА
У схемі з СЕ: ІБ - вхідний струм, /д, - вихідний, передатність струму:
Статична — Is (lE-IK}:IE
Для схеми з СБ статичні характеристики, наведені на рис. 2.15, опису-залежностями: - const'
Динамічна - UKK = const' (2.6) вихідні- -=const'
схемі з CK: ІБ - вхідний струм, I - вихідний, — = = 1 + P. /5 1-а Для електричних схем на біполярних транзисторах існує чотири сім'ї статичних характеристик («статичних» у тому розумінні, що для транзистора задаються фіксовані значення напруги між його електродами або струму в одному з кіл і знаходяться відповідні їм значення струму в другому колі або напруги між іншими електродами у статичному режимі):
1) сім'я вхідних характеристик /„ = f(Uex )\ТТ _ І^вІи ~ (сім'я - тому, що для кожного конкретного значення U маємо свою залежність і = f(U )): ях ^' ях/'*
2) сім'я вихідних характеристик івш = f(Uaia ) 3) сім'я характеристик керування (характеристик прямої передачі)
. \| 1ех)\ТТ — ^eux < 4) сім'я перехідних характеристик (характеристик зворотнього зв'язку) /<,* = const • Для кожної схеми вмикання з чотирьох сімей статичних характеристик незалежними є лише дві. Для аналізу роботи транзистора та визначення його параметрів використовують частіше перші дві.
а) б) Рис. 2.15 - BAX транзистора, увімкненого за схемою з СБ: а) вхідні; б) вихідні 3 рисунку видно, що вихідні характеристики майже паралельні oci напруги. Наявність невеликого нахилу (деяке збільшення Ікз ростом ty пояснюється тим, що колекторна напруга має вплив, хоча і слабкий, на рух носіїв до колекторного переходу (в основному через звуження бази з ростом UKE за рахунок розширення колекторно-базового переходу). Вихідна характеристика описується досить точним співвідношенням Ік=аІЕ+1ко+^. (2.8) ко - зворотний струм колектора, гк~ нелінійний опір колекторного переходу.
надто мала І стає відчутною лише у зоні, яка пере- Величина ™е пробою через зменшення гк • Тому можна вважати Ік - aIE + Іко. 33 При невисоких температурах величиною Іко також можна знехтувати і тоді /А = а/£. Вхідні характеристики утворюють щільний пучок, що пояснюється слабким впливом колекторної напруги на струм емітера. Тому при практичних розрахунках достатньо мати не сім'ю, а одну вхідну характеристику для колекторної напруги, звичайно, величиною 5В(рис.2.15,а).
Для схеми з СЕ статичні характеристики, які наведені на рис. 2.16, є залежностями: KE - const НАПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА
Вихідні характеристики схеми з СЕ мають більший нахил, ніж у схеми з ЗБ (це пояснюється сильнішим впливом колекторної напруги на передатність струму - на коефіцієнт Д), вхідні характеристики більш лінійні. Характеристики схеми з CK схожі з характеристиками схеми з 3E, тому що в обох схемах вхідним є струм бази, а вихідні струми (/ або /v) відрізняються незначно. Тому при практичних розрахунках вихідні характеристики схеми з СЕ можна використовувати як вихідні характеристики схеми з CK, якщо замінити струм колектора на струм емітера. Вирази для статичних характеристик схеми з CK мають такий вигляд:
вихідні - = const • вхідна - Is=f(U№) UKF - const;
вихідна - Ir = = const
a) , б) Рис. 2.16 - BAX транзистора, увімкненого за схемою з СЕ: а) вхідні; б):вихідні Вихідні характеристики схеми з СЕ досить точно можна описати виразом: ' UK n-rv^ (2-У 1-а 1-а (2.10) (2.11)
, Гу ПІВПРОВІДНИКОВІ ПРИЛАДИ ТА IX СТИСЛА ХАРАКТЕРИСТИКА
Порівнюючи статичні характеристики біполярного транзистора з характеристиками гіпотетичного підсилюючого елемента (див. рис. 2.10) ми бачимо, що транзистор далеко не ідеальний елемент. Иого вхідні характеристики не € прямими, що починаються з нуля (крім того, їх положення залежить від напруги в силовому колі транзистора), а є, швидше, експонентами (які з допущеннями можна вважати за прямі, зміщені відносно нуля на деяке значення напруги). Вихідні характеристики не паралельні осі напруг (мають деякий нахил: у схеми з СЕ більший, ніж у схеми з СБ), а також реально, нерівномірно розміщуються залежно від рівномірних змін /Аабо /£ (наприклад, коефіцієнт ft - величина непостійна для різних значень /£). Більш того, вихідні характеристики схеми з СЕ починаються не від осі 1Ю через що, при малих напругах t/^струм ІкФ рІк\ транзистор втрачає керованість. Також слід зазначити, що, як і у всіх НП приладів, параметри транзистора (а отже, і положення його характеристик) значною мірою залежать від температури. Тим не менше, ці електронні прилади якнайширше використовуються для реалізації конкретних підсилювачів, а їх неідеальність компенсується до необхідних значень схемотехнічними прийомами. При розрахунках також використовується фізична Г-подібна модель транзистора. На рис. 2.19 зображена така модель транзистора для схеми з СЕ. o позначення: гБ - об'ємний опір бази транзистора;
rE - прямий опір емітер-ного переходу; rK(E} - зворотний опір ко-45 лекторного переходу; Рис. 2.19 - Г-подібна схема заміщення P - коефіцієнт передачі за транзистора струмом. Існує зв'язок між фізичними та А-параметрами. Так, для схеми з СЕ маємо A,,r=_5L_(e + lY- (2.15) ГК(Е) (2.16) (2.17) U2iE=P. (2.18) При розрахунках пристроїв набіполярнихтранзисторах А-парамет- ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|