Статические характеристики и параметры биполярных транзисторов.

В отличие от ГЛ_ статические характеристики БТ, приводимые в справочниках, выражают зави­симость токов от.напряжений на электродах прибора только для области малых частот (ОМЧ). Для схемы с общим эмит­тером выходные характеристики БТ (рис. 2.13,а) по внешнему виду аналогичны соответствующему семейству характеристик мощ­ного лампового триода, но параметром является ток базы i_б, а не напряжение управляющего электрода. Здесь также можно выде­лить области HP и ПР, разделяемые линией критического режима (ЛКР). Применительно к транзистору первую из них называют активной областью, а- вторую — областью насыщения. Помимо этого, различают области отсечки и пробоя (при лавинообразном умножении носителей тока). Существенно более «правыми», чем у ГЛ, являются проходные статические характеристики БТ (см. рис. 2.13,6). Ток эмиттера iэ возникает при некотором начальном напряжении на базе Енач=0,3 В для германиевых БТ и 0,7 В для кремниевых. Отметим, что в отличие от ГЛ при работе БТ в области HP всегда имеет место базовый ток. Используя статические характеристики БТ, можно определить ряд низкочастотных параметров:

а) электрические основные: статический коэффициент передачи тока базы βо, модуль усиления тока базы I _βизм при некоторой частоте f_изм; постоянная времени цепи, обратной связи τ_к = rбСк.а; общая емкость коллектора Ск = Ск,а + Скп;

б) предельные: импульс коллекторного тока iк.доп, напряжение между коллектором и эмиттером. екэ.доп; коллектором и базой екб.доп и базой и эмиттером ебэ.доп., мощность, рассеиваемая на коллекторе Рк.доп).

Эквивалентная схема генераторного БТ:

Физи­ческие процессы, происходящие в генераторном БТ, можно опи­сать с помощью эквивалентной схемы транзистора, так называе­мой схемой Джиаколетто, дополненной индуктивностями вводов Lб, Lэ и LK (рис. 2.14,а). Она достаточно хорошо иллюстрирует работу генераторного БТ в большом интервале частот при боль­ших и умеренных уровнях усиливаемого колебания.

Основной физический процесс - усиление входного сигнала - отображается здесь эквивалентным генератором тока SпUп. Комплексный характер крутизны перехода Sп учитывает инерционные свойства БТ, ука­зывая на отставание тока Iг от напряжения на переходе Uп на фазовый угол ψ = -2πτ_п. Параметр тп назовем постоянной, вре­мени пролета, которая для дрейфовых, транзисторов может при­близительно быть определена через одну из граничных частот fТ по формуле τп = 4,44-10-3/fт. Модуль крутизны перехода для любого БТ с достаточной для технических расчетов точностью, исходя из физических свойств р-п перехода, Sп =Iко/φТ, где Iко - постоянная составляющая коллекторного тока БТ; φТ = kT/q - температурный потенциал, выражаемый через заряд электрона q=1,6-10-19 [Кл], постоянную Больцмана k=1,38 x 10^-23[Дж/К] и абсолютную температуру Т[К]. После подстановки в (2.3) физических констант имеем:

φТ =8,62х10^-5Т [В/К] и Sn =l,I6х104/IK0/(273 +t₀).

Таким образом, любой БТ, независимо от типа проводимости, ма­териала полупроводника, технологии изготовления, выходной мощ­ности и других особенностей, имеет вполне определенную крутиз­ну коллекторного перехода, зависящую только от постоянной со­ставляющей тока коллектора и абсолютной температуры пере­хода.

Сопротивление r_β учитывает потери, связанные с рекомбинацией основных и неосновных носителей заряда в области базы, а также основных носителей, поступающих в нее через эмиттерный переход. Величина r_β, по су­ществу, определяется уровнем инжекции носителей зарядов из эмиттера в базу. Объемное сопротивление базы r_б, учитываемое также моделью БТ (см. рис. 2.14,а), может быть вычислено по известным из пас­порта параметрами τ_к и Ск: r_б = Кс·τ_к/С_К, где Кс=Ск/Ск.а — коэффициент разделения обобщенной емкости коллектора; у эпитаксиально - планарных маломощных БТ Кс=2, а у мощных Кс=3...5. Сопротивлением rэ обладают только многоэмиттерные БТ. Если величина rэ не указывается в справочнике, то ориентировочно можно принять r_э=r_б/(1+ βо)

Дата добавления: 2015-10-23