Активный режим работы биполярного транзистора

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 4.4.

За счет прямого смещения эмиттерного перехода электроны – основные носители n-слоя – переходят в р-слой. Часть из них рекомбинирует с дырками базовой области. Поскольку технологически обеспечивается неравенство

рр << пn

Рис. 4.4. Активный режим биполярного транзистора

и база выполняется узкой, то вероятность рекомбинации мала, и большая часть электронов эмиттера доходит до запертого коллекторного перехода. Поскольку электроны эмиттера для р-области (базы) являются неосновными носителями, то поле запертого коллекторного перехода является для них ускоряющим и они путем дрейфа переходят в область коллекторного слоя п.

Запирающий источник Еи вызывает протекание малого обратного тока коллекторного перехода Iко. Обозначив коэффициентом часть электронов эмиттера, избежавших в слое базы рекомбинации и попавших в слой коллектора, можно записать очевидное соотношение для тока коллектора в активном режиме как

Iк= Iэ + Iко, Iэ=F(Еэб). (4.1)

Из (4.1) с очевидностью подтверждается, что биполярный транзистор является электрически управляемым элементом: Iк= F(Iэ) = F(Еэб).

Учитывая малость обратного тока (Iко®0) и близость к единице коэффициента , можно считать, что

Iк» Iэ. (4.2)

Так как напряжение источника Екб (запирающего) может быть выбрано много больше, чем напряжение Еэб на открытом переходе (для кремния это около 0,7 В), на основании (4.2) можно записать, что

(Ри = IкЕкб) >> (Ру =IэЕэб),

т. е. мощность источника энергии Ри, управляемая транзистором, много больше мощности управления Ру, что является обязательным свойством любого управляемого элемента. В этом смысле говорят, что биполярный транзистор является усилительным элементом.

Если рассматривать ток коллектора как функцию тока эмиттера (4.1), то это вариант управления током. Но это чисто условно, поскольку ток Iэ = F(Еэб) и можно считать, что транзистор управляется напряжением, связь выходного тока с управляющим напряжением может быть представлена в виде

Iк= Еэб + Iко, (4.3)

где – коэффициент, называемый крутизной биполярного транзистора, имеющий размерность проводимости.

Реально источник управляющего сигнала всегда можно представить в виде идеального источника ЭДС Еус внутренним сопротивлением Rу (рис. 4.5), и в этом случае использование соотношений (4.1) или (4.3) является делом вкуса, т. к. для определения Iу и Uу через заданные Еу и Rу необходимо решать нелинейную задачу.

Рис. 4.5. Работа биполярного транзистора от реального источника управляющего сигнала

Главным недостатком схемы с ОБ, из-за которого эта схема в чистом виде практически не используется, является большая величина тока, а, следовательно, мощность управления – соотношение (4.2). Реальные источники сигналов в большинстве случаев не могут из-за ограниченной мощности обеспечить такой ток (мощность). Возвращаясь к рис. 4.4, на основании закона Кирхгофа для узла Б имеем

Iэ = Iб + Iк,

или, с учетом соотношения (4.1),

Iб = Iэ – Iк= Iэ(1 – ) – Iко. (4.4)

Учитывая, что »1, из (4.4) следует

Iб << Iэ, Iб << Iк.

Поскольку ток базы вызывается тем же самым напряжением Ебэ, что и ток эмиттера, из (4.4) следует, что получить одинаковый ток коллектора можно за счет задания тока базы, значительно меньшего, чем ток эмиттера.

Это достигается в схеме включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ), рис. 4.6.

Рис. 4.6. Управление током базы

Теперь мощность, потребляемая от управляющего источника,

РубэIб

много меньше, чем в схеме с ОБ, благодаря чему схема с ОЭ является основной схемой, используемой на практике.

4.3. Статические характеристики биполярного транзистора
для активного режима

Используя соотношения (4.1) и (4.4), получаем уравнение для тока коллектора в функции от управляющего тока базы:

. (4.5)

Уравнение (4.5) является нелинейным в силу зависимости

В =F(Iб, Uкэ), Iкo= F(Uкб).

Если Uкб = 0, Iко = 0, то из (4.1) и (4.5) получаем значения статических коэффициентов передачи соответственно токов эмиттера и базы:

. (4.6)

Зависимость (4.5) чаще всего представляется ВАХ, пример которых приведен на рис. 4.7.

Пунктиром на рис. 4.7 изображено геометрическое место точек, соответствующих равенству

Uкэ = Uбэ (Uкб = 0).

Левее этой кривой находится область насыщенного режима. Активный режим начинается при Iб > 0.

При Iб£ 0 имеет место режим отсечки. Минимально возможный ток коллекторов в режиме отсечки достигается при Iб = –Iко, когда согласно (4.5)

 

Iк=Iко.

В силу нелинейности основной параметр биполярного транзистора В (рис. 4.8) существенно зависит от рабочего режима.

 

Рис. 4.8. Типичные зависимости
статического коэффициента тока базы
от режима покоя






Дата добавления: 2016-06-22; просмотров: 2373; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2021 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.011 сек.