Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов

Рассмотрим транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером(рис. 20.3). Название «схема с общим эмиттером» объясняется тем, что эмиттер является общим для входной и выходной

цепей. Входными величинами являются напряжение база-эмиттер Uбэ и ток базы Iб, авыходными – напряжение коллектор-эмиттерUкэ и ток коллектора Iк.

Рассмотрим вольт-амперные характеристики биполярного транзистора и укажем наних области отсечки, насыщения и усиления.Входная характеристика биполярноготранзистора – это зависимость тока базы Iб отнапряжения база-эмиттер Uбэ при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер Uкэ:

Iб=f(Uбэ)/Uкэ=const

Входная характеристика кремниевого биполярного транзистора показана на рис. 20.4, а. Если эмиттерный переход смещён в прямом направлении, то входная характеристика похожа на прямую ветвь ВАХ диода.

Выходной характеристикой называют зависимость тока коллектора Iкот напряжения коллектор-эмиттер Uкэ при фиксированном токе базы:

Iк=f(Uкэ)/Iб=const

Выходная характеристика показана на рис. 20.4, б. Область отсечки лежит ниже кривой Iб = 0. В области насыщения величина напряжения Uкэстоль мала, что становится недостаточной для создания обратного смещенияна коллекторном переходе. В режиме насыщения ток коллектора не зависитот тока базы и все ветви выходной характеристики сливаются в одну.

В активной области ток коллектора очень слабо зависит от напряженияколлектор-эмиттер и пропорционален току базы, а ветви выходной характеристики расположены почти горизонтально. Это объясняется тем, что коллекторный переход смещён в обратном направлении. Таким образом, в активном режиме биполярный транзистор ведёт себя как источник тока, управляемый током базы.

Как видно из рис. 20.4, а, ток эмиттера и напряжение база-эмиттер связаны экспоненциальной зависимостью, описывающей вольт-амперную характеристику диода, смещенного в прямом направлении:

Iэ=I_э0*e^Uбэ/Vt

Здесь Iэ0– обратный ток эмиттерного перехода. Подставляя выражение(20.2) в формулу (20.1а), получаем связь между током коллектора и напряжением база-эмиттер:

Iк=α*I_э0*e^Uбэ/Vt

Равенство (20.3) справедливо для активного режима.

Определим теперь, какие предельные значения могут принимать токи и

напряжения биполярного транзистора. При рассеянии электрической энергии

температура транзистора повышается, что приводит к необходимости огра-

ничивать допустимые уровни токов и напряжений. Величина максимальной

мощности ограничивается максимально допустимой температурой прибора

(для кремниевых транзисторов 150–200 °С). Она зависит от размеров транзи-

стора, его конструкции и температуры окружающей среды.

В транзисторе, работающем в режиме усиления, подавляющая часть

рассеиваемой мощности выделяется в области коллекторного перехода. Ее

можно определить по формуле P =Uкэ*Iк.

Если рассеиваемую мощность положить равной максимально допустимой, то максимально допустимые значения напряжения тока коллектора инапряжения коллектор-эмиттер можно определить из соотношения:

Uкэ*Iк≤Pmax

Неравенству (20.4) соответствует гипербола, ограничивающая областьдопустимых значений Uкэ и Iк(рис. 20.5). Если рабочая точка находится запределами этой области, возможен тепловой пробой транзистора. При выборе транзистора для конкретной схемы нужно определить, какие величины токов и напряжений следует ожидать в этой схеме, а затем убедиться в том, что найденные значения лежат в области безопасной работы.

Из условия (20.4) можно определить только произведение Uкэи Iк, а не их предельные значения. Тем не менеесуществуют ограничения на максимальные значения этих величин. В паспортных данных транзистора указывается максимальный ток Iкmax, превышать который не разрешается. Максимально допустимое значение Uкэ определяется напряжением, при которомпроисходит лавинный пробой коллекторного перехода. Типичные значения этого напряжения приведены в табл. 20.1 и 20.2.

С повышением частоты напряжений и токов транзистора коэфф передачи тока эмиттера (для схемы сОБ) уменьшается по модулю и становится комплексной величиной по причине наличия емкостей эмиттерного и коллекторного перехода Сэ и Ск. О частотных св-вах транзистора судят по т.н. граничной частоте, при кот модуль коэфф передачи тока эмиттера уменьшатся в корень(2) раз.в схеме с ОЭ эта граничная частота меньше чем в схеме с ОБ примерно в h21 раз. В зав-ти от рабочей частоты различают низкочастотные, у кот частотная граница на уровне 1…3 МГц; среднечастотные 3…30 МГц; высокочастотные 30…300 МГц; сверхвы-сокочастотные 300 МГц. По мощности различают транзисторы маломощные, у кот рассеиваемая коллектором мощность превышает 0,3 Вт среднемощные 0,3…1,5 Вт и большой мощности > 1,5 Вт. Если транзистор средней или большой мощности эксплуатируется при токах, близких к предельным, то обязательно используют теплоотвод (радиатор) для отвода тепла во внешнюю среду. По технологии изготовления: сплавные, диффузионные, конверсионные, эпитаксиальные, планарные. Максимально допустимые параметры транзистора: Uкэ макс – мах допуст значение напряжения Uкэ, Iк макс – мах допуст ток коллектора, Рк макс – мах допуст мощность, рассеиваемая на коллекторе.

Дата добавления: 2015-07-12