Шпаргалка по электротехнике и электронике

30. Базовые характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Во всех книжках написано, что  эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

 
 
Усилительные свойства транзистора  характеризует один из главных его  параметров - статический коэффициент  передачи тока базы или статический  коэффициент усиления по току beta. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R_к = 0). Численно он равен:

при U_к-э = const

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение u_б-э, а выходным - переменное напряжение на резисторе, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает единиц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E₂). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление R_вх, которое определяется по закону Ома:

и составляет обычно от сотен Ом до единиц кОм. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы ОЭ можно отнести  удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например, в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

31. Выходные характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме ОЭ.

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Во всех книжках написано, что  эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

 
 
Усилительные свойства транзистора  характеризует один из главных его  параметров - статический коэффициент  передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току beta. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (R_к = 0). Численно он равен:

при U_к-э = const

Коэффициент усиления каскада по напряжению k_u равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение u_б-э, а выходным - переменное напряжение на резисторе, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает единиц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E₂). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление R_вх, которое определяется по закону Ома:

и составляет обычно от сотен  Ом до единиц кОм. Входное сопротивление  транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы  ОЭ можно отнести удобство питания  ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам  относят худшие частотные и температурные  свойства (например, в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

32. Основные режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от сочетания  знаков и значений напряжений на p-n-переходах транзистора различают следующие режимы его работы:

а) активный режим – на эмиттерный переход подано прямое напряжение, а на коллекторный переход – обратное;

б) режим отсечки – на оба перехода поданы обратные напряжения (транзистор заперт);

в) режим насыщения – на оба перехода поданы прямые напряжения (транзистор полностью открыт);

г) инверсный активный режим – напряжение на эмиттерном переходе обратное, на коллекторном – прямое.

Режимы отсечки и насыщения  характерны для работы транзистора  в качестве электронного ключа; активный режим используют при работе транзистора в усилителях. Инверсное включение используется редко, например, в схемах двунаправленных переключателей, при этом транзисторы должны иметь симметричные свойства в обоих направлениях.

В режиме отсечки оба перехода заперты, через них проходят незначительные обратные токи, что эквивалентно большому сопротивлению переходов. В первом приближении можно считать, что  все токи равны нулю, а между  выводами транзистора имеет место разрыв

В режиме насыщения через оба перехода проходит большой прямой ток. В первом приближении можно считать все выводы закороченными. Говорят, что транзистор «стягивается в точку»

Более сложная картина токов  в транзисторе наблюдается при  разных полярностях напряжений на переходах, т.е. в активном режиме.

Через смещенный в прямом направлении  эмиттерный переход проходит достаточно большой прямой ток, обусловленный  движением основных носителей заряда (в данном случае – электронов). Электроны  пролетают через p-n-переход и инжектируются (впрыскиваются) в область базы; при этом дырки из области базы проходят через переход в эмиттер (для них p-n-переход также смещен в прямом направлении). Но поскольку эмиттер имеет большую концентрацию примесей, то поток электронов из эмиттера в базу намного сильнее потока дырок из базы в эмиттер. Именно электронный поток и является главным действующим лицом в транзисторе типа n -p-n (аналогично дырки – в транзисторе типа p-n-р).

Из-за диффузии и дрейфа (в дрейфовых  транзисторах) электроны движутся в сторону коллекторного перехода, стремясь равномерно распределиться в толще базы. Так как база имеет очень малую толщину и малое число дырок, большинство разогнавшихся еще в эмиттере электронов не успевает рекомбинировать в базе, они достигают коллекторного p-n-перехода, где для них, как для неосновных носителей в области базы, обратное напряжение перехода не является барьером, и уже в коллекторе электроны попадают под притягивающее действие приложенного внешнего напряжения, образуя во внешней цепи коллекторный ток I_К.

В результате рекомбинации части электронов с дырками базы образуется ток  базы I_Б, направленный в противоположную от коллектора сторону, и коллекторный ток оказывается несколько меньше эмиттерного. Через коллектор также течет обратный ток неосновных носителей – дырок, вызванный обратным смещением коллекторного перехода.

33. Биполярный транзистор как активный 4-х полюсник

Нарисовать четырехполюсник.

h₁₁=u₁/i₁- входное сопротивление транзистора, измеренное в режиме u₂ = 0 - короткого замыкания по переменному току в выходной цепи,

h₂₂=i₂/u₂- выходная проводимость транзистора, измеренная в режиме i₁ = 0 - холостой ход по переменному сигналу во входной цепи,

h₂₁=i₂/i₁- коэффициент передачи тока, измеренный в режиме u₂ = 0 - короткого замыкания по переменному току в выходной цепи (для ОБ h₂₁=α, для ОЭ h₂₁=β),

h₁₂=u₁/u₂- коэффициент обратной связи по напряжению, измеренный в режиме i₁ = 0 - холостого хода по переменному току во входной цепи.

34. h-параметры для биполярного транзистора, характеристики, и способ определения.

Транзистор можно представить  как четырехполюсник.

(нарисовать  4-хполюсник)

Физический смысл выясняется в режим ХХ и КЗ.

ХХ характеризуется  отсутствие тока при наличии напряжения. КЗ – отсутствие напряжения при наличии тока.

h₁₁=u₁/i₁- входное сопротивление транзистора, измеренное в режиме u₂ = 0 - короткого замыкания по переменному току в выходной цепи,

h₂₂=i₂/u₂- выходная проводимость транзистора, измеренная в режиме i₁ = 0 - холостой ход по переменному сигналу во входной цепи,

h₂₁=i₂/i₁- коэффициент передачи тока, измеренный в режиме u₂ = 0 - короткого замыкания по переменному току в выходной цепи (для ОБ h₂₁=α, для ОЭ h₂₁=β),

h₁₂=u₁/u₂- коэффициент обратной связи по напряжению, измеренный в режиме i₁ = 0 - холостого хода по переменному току во входной цепи.

Обычно h-параметры определяются приращением тока на напряжение

h-параметры позволяют обобщенную схему замещения транзистора.

35. Схема замещения транзистора для h-параметров.

Нарисовать четырехполюсник.

h₁₁=u₁/i₁- входное сопротивление транзистора, измеренное в режиме u₂ = 0 - короткого замыкания по переменному току в выходной цепи,

h₂₂=i₂/u₂- выходная проводимость транзистора, измеренная в режиме i₁ = 0 - холостой ход по переменному сигналу во входной цепи,

h₂₁=i₂/i₁- коэффициент передачи тока, измеренный в режиме u₂ = 0 - короткого замыкания по переменному току в выходной цепи (для ОБ h₂₁=α, для ОЭ h₂₁=β),

h₁₂=u₁/u₂- коэффициент обратной связи по напряжению, измеренный в режиме i₁ = 0 - холостого хода по переменному току во входной цепи.

36. Основные параметры биполярного транзистора.

1. коэф передачи тока:

ОЭ:

ОБ:

2. гармоническая частота коэффициента передачи тока – это та частота в которых коэф передачи ток равен 1.
3. частота усиления это на котором h21 уменьшается в корень из 2 раз.
4. максимальная частота генерации – наибольшей при которой транзистор может работать в схеме автогенератора.
5. дифференциальное сопротивление

h11=Rдиф

6. выходная проводимость – отражает дифференциальное сопротивление коллектора. (h22)
7. Объемное сопротивление базы rб=10…100 Ом
8. Емкость коллекторного перехода Cк = (5-50) пФ
9. Обратные ток коллекторного перехода при заданном напряжении Iкбо
10. Наибольшая мощность рассеивания

11. Максимальные ток коллектора
12. Тепловое сопротивление

 delta T – перепад температур между кристаллом и коллектором.

37. Эквивалентные схемы биполярных транзисторов для переменного тока.

38. Зависимость основных параметров биполярного транзистора от температуры.

Влияние температуры  на работу биполярного транзистора  обусловлено тремя физическими  факторами: уменьшением потенциальных  барьеров в переходах, увеличением тепловых токов переходов и увеличением коэффициентов передачи токов с ростом температуры. Уменьшение потенциального барьера j _К с ростом температуры также, как и в изолированном переходе, приводит к усилению инжекции, в результате чего увеличивается входной ток транзистора. На рис. 3.24 приведены входные характеристики транзистора в схеме с общей базой, полученные при различных температурах (заметим, что входные характеристики в схеме ОЭ при различных температурах выглядят аналогично и отличаются лишь масштабом по оси токов так как i_К >>i_Б. Как видно из рисунка 3.24, увеличение входного тока с ростом температуры эквивалентно смещению характеристики в сторону меньших входных напряжений. Это смещение описывается температурным коэффициентом напряжения , который составляет для кремниевых транзисторов e = - 3 мВ/град.