Сабақ жоспары.

План учебного занятия №7

Күні Пән Основы промышленной _Тобы _______

электроники

Дата Предмет Группа

Оқытушының Т.Ә.А. Галина Александровна _____

Ф.И.О. преподавателя

І. Сабақтың тақырыбы ______________

Тема занятия Схемы включения биполярного транзистора и их характеристики

Сабақтың типі ______________

Тип занятия комбинировонное ______________

1. Мақсаты _______

Цель Представить характеристики и параметры биполярного транзистора

2. Міндеттері ______________

3. Задачи ____________ ______________

а) Білімдіқ ______________

образовательные: 1) Представить вольт-амперную характеристику биполярного транзистора 2) Рассмотреть параметры схемы включения биполярного транзистора.

ә) тәрбиеліқ _______________

воспитательные: воспитывать у учащихся аккуратность, ответственность, готовность прийти на помощь друг другу, чувство гордости за науку. _________

б) дамтыушылық _________

развивающие: развивать у учащихся умение сравнивать, обобщать изученное, логически излагать свои мысли. _______________

ІІ. Күтілетін нәтиже.Ожидаемые результаты:

а) учащиеся должны знать параметры биполярного транзистора

ә) учащиеся должны уметь объяснить -амперную характеристику биполярного транзистора.

б) учащиеся должны владеть знаниями по определению диффузионных и дрейфовых биполярных транзисторов.

План занятия

1. Организационный момент

2. Опрос по пройденной теме:

3. Объяснение новой темы:

4. Домашнее задание: конспект лекции

Схемы включения транзистора и их характеристики

Схема с общей базой

Схема включения транзистора в электрическую цепь, изображенная на рис. 1, называется схемой с об­щей базой, так как база является общим электродом для ис­точников напряжения.

Рис. 1

Транзисторы традиционно характеризуют их входными и выходными характеристиками. Для схемы с общей базой входной характеристикой называют зависимость тока i_э от напряжения u_бэ при заданном на­пряжении u_кб, т.е. зависимость вида

где f - некоторая функция.

Входной характеристикой называют и график соответ­ствующей зависимости (это справедливо и для других ха­рактеристик).

Выходной характеристикой для схемы с общей базой называют зависимость тока i_к от напряжения u_кб при за­данном токе i_э, т.е. зависимость вида

где f - некоторая функция.

Входные характеристики для схемы с общей базой. Каж­дая входная характеристика в значительной степени оп­ределяется характеристикой эмиттерного перехода и по­этому аналогична характеристике диода. Изобразим входные характеристики кремниевого транзистора КТ603А (максимальный постоянный ток коллектора - 300 мА, максимальное постоянное напряжение коллектор-база - 30 В при t < 70° С) (рис. 2). Сдвиг характерис­тик влево при увеличении напряжения u_кб объясняется проявлением эффекта Эрли (эффекта мо­дуляции толщины базы).

Рис. 2.

Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения u_кб коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный р-n-переход). Если концен­трация атомов примеси в базе меньше концентрации ато­мов примеси в коллекторе, то расширение коллекторного перехода осуществляется в основном за счет базы. В любом случае толщина базы уменьшается. Уменьшение толщины базы и соответствующее уменьшение ее сопро­тивления приводит к тому, что при неизменном токе i_э напряжение u_бэ уменьшается. Как было отмечено при рас­смотрении диода, при малом по модулю обратном напря­жении на р-n-переходе это напряжение влияет на шири­ну перехода больше, чем при большом напряжении. Поэтому различные входные характеристики, соответству­ющие различным напряжениям u_кб, независимо от типа транзистора практически сливаются, если u_кб>5 В (или даже если u_кб>2 В).

Входные характеристики часто характеризуют диффе­ренциальным сопротивлением r_диф, определяемым анало­гично дифференциальному сопротивлению диода.

Теперь^.

Выходные характеристики для схемы с общей базой. Изобразим выходные характеристики для транзистора КТ603А (рис. 3).

Рис. 3.

Как уже отмечалось, если коллекторный переход сме­щен в обратном направлении (u_кб>0), то ток коллектора примерно равен току эмиттера. Это соотношение сохраняется даже при u_кб = 0 (если ток эмиттера достаточ­но велик), так как и в этом случае большинство электро­нов, инжектированных в базу, захватывается электри­ческим полем коллекторного перехода и переносится в коллектор.

Только если коллекторный переход смещают в прямом направлении (u_кб<0), ток коллектора становится равным нулю, так как при этом начинается инжекция электронов из коллектора в базу (или дырок из базы в коллектор). Эта инжекция компенсирует переход из базы в коллектор тех электронов, которые были инжектированы эмиттером. Ток коллектора становится равным нулю при выполнении условия |u_кб|< 0,75 В.

Режим, соответствующий первому квадранту характе­ристик (u_кб>0, i_к>0, причем ток эмиттера достаточно велик), называют активным режимом работы транзисто­ра. На координатной плоскости ему соответствует область активной работы.

Режим, соответствующий второму квадранту (u_кб<0), называют режимом насыщения. Ему соответствует область насыщения.

При увеличении температуры ток I_ко возрастает (для КТ603 I_ко = 100 мкА при t < 85°С) и все выходные харак­теристики несколько смещаются вверх.

Режим работы транзистора, соответствующий токам коллектора, сравнимым с током I_ко, называют режимом отсечки. Соответствующую область характеристик вбли­зи оси напряжений называют областью отсечки.

В активном режиме напряжение u_кб и мощность р_к=i_к·u_кб, выделяющаяся в виде тепла в коллекторном пе­реходе, могут быть значительны. Чтобы транзистор не пе­регрелся, должно выполняться неравенство

где Р_{к макс} - максимально допустимая мощность (для КТ603А Р_{к макс} = 500 мВт при t< 50°С).

График зависимости i_к = Р_{к макс}/u_кб (гипербола) изоб­ражен на выходных характеристиках пунктиром.

Таким образом, в активном режиме эмиттерный пере­ход смещен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, в режиме отсечки коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный или смещен в обратном направлении, или находится под очень малым прямым напряжением.

Транзистор часто характеризуют диф­ференциальным коэффициентом передачи эмиттерного тока α, который определяется выражением

Для приращения тока коллектора ∆i_к и приращения тока эмиттера ∆i_э можно записать

Коэффициент α несколько изменяется при изменении режима работы транзистора. Важно учитывать, что у раз­личных (вполне годных) экземпляров транзистора одно­го и того же типа коэффициент α может заметно отличать­ся. Для транзистора КТ603А при t = 25° С a = 0,909...0,988.

Наличие наклона выходных характеристик, отражаю­щее факт увеличения тока коллектора при заданном токе эмиттера, при увеличении напряжения и_кб, объясняется проявлением эффекта Эрли: при уменьшении толщины базы все большее количество электронов, инжектирован­ных эмиттером, переходит в коллектор.

Наклон выходных характеристик численно определя­ют дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода

С учетом эффекта Эрли

Схема с общим эмиттером

Значительно чаще, чем схема с общей базой, применяется схема, представленная на рис. 4. Ее называют схе­мой с общим эмиттером, так как эмиттер является общим электродом для источников напряжения.

Рис. 4.

Для этой схемы входной характеристикой называют за­висимость тока i_б от напряжения u_бэ при заданном напря­жении u_кэ, т.е. зависимость вида

где f - некоторая функция.

Выходной характеристикой называют зависимость тока i_к от напряжения u_кэ при заданном токе i_б, т.е. зависимость вида

где f - некоторая функция.

Очень важно уяснить следующие два факта.

1. Характеристики для схемы с общим эмиттером не отражают никаких новых физических эффектов по срав­нению с характеристиками для схемы с общей базой и не несут никакой принципиально новой информации о свой­ствах транзистора. Для объяснения особенностей ха­рактеристик с общим эмиттером не нужна никакая информация кроме той, что необходима для объяснения особенностей характеристик схемы с общей базой. Тем не менее характеристики для схемы с общим эмиттером очень широко используют на практике (и приводят в справочниках), так как ими удобно пользоваться.

2. При расчетах на компьютерах моделирующие про­граммы вообще никак не учитывают то, по какой схеме включен транзистор. Программы используют математи­ческие модели транзисторов, являющиеся едиными для всевозможных схем включения. Однако очень полезно уметь определить тип схемы включения транзисто­ра. Это облегчает понимание принципа работы схемы.

Входные характеристики для схемы с общим эмиттером. Изобразим характеристики уже рассмотренного транзис­тора КТ603А (рис. 5).

Рис. 5.

Теперь эффект Эрли проявляется в том, что при увеличении напряжения u_кэ характеристики сдвигаются вправо. Дифференциальное сопротивление в этом случае определяется выражением

Выходные характеристики для схемы с общим эмитте­ром. Изобразим эти характеристики для транзистора КТ603А (рис. 6).

Рис. 6.

Обратимся к ранее полученному выражению

В соответствии с первым законом Кирхгофа

^,

и с учетом предыдущего выражения получим

откуда

Введем обозначение

Коэффициент β_ст называют статическим коэффициен­том передачи базового тока. Его величина обычно состав­ляет десятки или сотни (это безразмерный коэффициент).

Легко заметить, что

Введем обозначение I'_ко = (β_ст + 1) · I_ко

В итоге получаем i_к = β_ст · i_б + I'_ко.

Это выражение в первом приближении описывает вы­ходные характеристики в области активной работы, не учитывая наклона характеристик.

Для учета наклона выражение записывают в виде

где

В первом приближении r'_к = (1/1 + β_ст) · r_к (сопротив­ление r_к определено выше).

Часто пользуются дифференциальным коэффициентом передачи базового тока .

По определению

Для приращения тока коллектора ∆i_к и тока базы ∆i_б можно записать

Для транзистора КТ603А при t = 25°С b = 10...80. Величина зависит от режима работы транзистора. Приведем типичный график зависимости от тока эмит­тера (он практически равен току коллектора) для u_кб = 2 В (рис. 7).

Рис. 7.

Инверсное включение транзистора

Иногда транзистор работает в таком режиме, что коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный - в обратном. При этом коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер - роль коллектора. Это инверсный режим. Ему соответствует инверсный коэффици­ент передачи базового тока β₁. Из-за отмеченных выше несимметрии структуры транзистора и различия в концен­трациях примесей в слоях полупроводника обычно ₁<<. Часто ₁ = 1.

Изобразим выходные характеристики для схемы с об­щим эмиттером и для прямого, и для инверсного вклю­чения (рис. 8).

Рис. 8.