Активный режим работы биполярного транзистора

Рассмотрим схему, изображенную на рис. 4.4.

Рис. 4.4. Активный режим биполярного транзистора

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

рр << пр,

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, (4.1)

Iэ=F(Еэ б).

Из (4.1) с очевидностью подтверждается, что биполярный транзистор является электрически управляемым элементом

Iк= F(Iэ)= F(Еэ б).

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

Iк » Iэ. (4.2)

Поскольку напряжение источника Ек б (запирающего) может быть выбрано много больше, чем напряжение Еэ б на открытом переходе (для кремния это около 0.7В), на основании (4.2) можно записать

и =IкЕкб)>> (Р у =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 (см. 4.1), то это вариант управления током. Но это чисто условно, поскольку ток Iэ=F(Еэб) и можно считать, что транзистор управляется напряжением, когда 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.

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

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

Главным недостатком схемы с ОБ, из-за которого эта схема в чистом виде практически не используется, является большая величина тока, а, следовательно, мощность управления (см. 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)

Рис. 4.6. Управление током базы

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.

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.

4.2. Статические характеристики биполярного транзистора
для активного режима

Используя соотношения (4.1) и (4.4) можно получить уравнение для тока коллектора в функции от управляющего тока базы

. (4.5)

Уравнение (4.5) является нелинейным в силу зависимости

В=F(Iб, Uкэ), Iк0.=F(Uкб).

При 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.

  Рис. 4.7. Типичный вид ВАХ биполяр ного транзистора с ОЭ
    Рис. 4.8. Типичные зависимости статического коэффициента тока базы от режима покоя

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 существенно зависит от режима покоя (рис. 4.8).








Дата добавления: 2015-06-17; просмотров: 2253;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.008 сек.