6.1.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой. Вах транзистора с общей базой

6.1.2 Усиление транзистора, включенного по схеме с общей базой

Согласно выражению , = 0,95… 0,99, в схеме с ОБ усиление тока отсутствует. Несмотря на это усиление мощности существует, так как в усилительном режиме (Uэ.б>0, Uк.б<0) выходное дифференциальное сопротивление ()много больше входного дифференциального сопротивления (). Таким образом, практически одинаковый ток проходит и через высокое сопротивление и через низкое, вследствие чего в схеме с ОБ имеет место усиление мощности.

Из-за высокого выходного сопротивления в цепи коллектора может быть включено достаточно большое сопротивление нагрузки (RК на рис. 6.2) – до 1 МОм. Относительно малое изменение напряжения на эмиттере будет вызывать большое изменение напряжения на сопротивлении нагрузки. В результате различия входного и выходного сопротивлений транзистор дает усиление по мощности.

6.2 Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рис. 6.13:

Лучше с землей и двумя источниками

Рис. 6.13. Схема включения транзистора с общим эмиттером

В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеет место усиление не только по напряжению, но и по току. Входными параметрами для схемы с общим эмиттером будут ток базы IБ, и напряжение на базе относительно эмиттера UБЭ, а выходными характеристиками будут ток коллектора IК и напряжение на коллекторе UКЭ. Для любых напряжений:

Отличительной особенностью режима работы с ОЭ является одинаковая полярность напряжения смещения на входе (базе) и выходе (коллекторе): отрицательный потенциал в случае pnp-транзистора и положительный в случае npn-транзистора. При этом переход база-эмиттер смещается в прямом направлении, а переход база-коллектор – в обратном.

Ранее при анализе биполярного транзистора в схеме с общей базой была получена связь между током коллектора и током эмиттера в следующем виде:. В схеме с общим эмиттером для pnp-транзистора (в соответствии с первым законом Кирхгофа) (6.1): , отсюда получим:

.

(6.36)

После перегруппирования сомножителей получаем:

.

(6.37)

Коэффициент α/(1-α) называется коэффициентом усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Обозначим этот коэффициент знаком β, итак:

.

(6.38)

Коэффициент передачи тока для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером β показывает, во сколько раз изменяется ток коллектора IК при изменении тока базы IБ. Поскольку величина коэффициента передачи α близка к единице (α<1), то из уравнения (6.38) следует, что коэффициент усиления β будет существенно больше единицы (β>>1). При значениях коэффициента передачи α=0,98÷0,99 коэффициент усиления тока базы будет лежать в диапазоне β=50÷100.

6.2.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенные по схеме с общим эмиттером

Рассмотрим ВАХ pnp-транзистора в режиме ОЭ (рис. 6.13, 6.14).

Рис. 6.13. Выходные ВАХ ОЭ	Рис. 6.14. Входные ВАХ ОЭ

Входные ВАХ.

Рекомбинационный ток базы составляет часть тока эмиттера:

(6.36)

При UКЭ=0 . С увеличением напряженияUБЭ концентрация на переходе ЭБ растет(рис. 6.15,а), градиент концентрации инжектированных дырок растет, диффузионный ток дырок, как и в прямо смещенном pn-переходе, растет экспоненциально (т. А) и отличается от тока эмиттера только масштабом (6.36).

При обратных напряжениях на коллекторе и фиксированном напряжении на ЭП |UБЭ| (рис. 6.15,б) постоянной будет и концентрация дырок в базе вблизи эмиттера. Увеличение напряжения UКЭ будет сопровождаться расширением ОПЗ коллекторного перехода и уменьшением ширины базы (эффект Эрли) и, следовательно, уменьшением общего количества дырок, находящихся в базе.

а	б
UКЭ=const, UБЭ – переменное	UБЭ =const, UКЭ– переменное
Рис. 6.15 Распределение неосновных носителей в базе pnp-транзистора при включении в схеме с ОЭ

При этом градиент концентрации дырок в базе будут расти, что приводит к дальнейшему уменьшению их концентрации. Поэтому число рекомбинаций электронов и дырок в базе в единицу времени уменьшается (возрастает коэффициент переноса ). Так как электроны для рекомбинации приходят через базовый вывод, ток базы уменьшается ивходные ВАХ смещаются вниз.

При UБЭ=0 и отрицательном напряжении на коллекторе (Uкб<<0) ток через эмиттерный переход равен нулю, в базе транзистора концентрация дырок меньше равновесной, так как у КП эта концентрация равна нулю, а у ЭП ее величина определяется равновесным значением. Через коллекторный переход протекает ток экстрагированных из коллектора дырок IКЭ0.

В базе, как и в pn-переходе при обратном смещении, процесс тепловой генерации будет преобладать над процессом рекомбинации. Генерированные электроны уходят из базы через базовый вывод, что означает наличие электрического тока, направленного в базу транзистора (т. В). Это – режим отсечки, он характеризуется сменой направления тока базы.

Выходные ВАХ.

В активном режиме (|UКЭ|>|UБЭ|>0) поток инжектированных эмиттером дырок p экстрагируется коллекторным переходом также, как и в режиме ОБ, с коэффициентом . Часть дырок(1-α) p рекомбинирует в базе в электронами, поступающими из омического контакта базы.

При увеличении тока базы отрицательный заряд электронов уменьшает потенциальный барьер эмиттерного перехода, вызывая дополнительную инжекцию дырок в базе.

Проанализируем, почему малые изменения тока базы IБ вызывают значительные изменения коллекторного тока IК. Значение коэффициента β, существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачи α близок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента α = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток.

Увеличение базового тока в два раза (должны прорекомбинировать две дырки) вызовет в два раза большую инжекцию через эмиттерный переход (должно инжектироваться 200 дырок) и соответственно экстракцию через коллекторный (экстрагируется 198 дырок). Таким образом, малое изменение базового тока, например, с 5 до 10 мкА, вызывает большие изменения коллекторного тока, соответственно с 500 мкА до 1000 мкА. Ток базы стократно вызывает увеличение тока коллектора.

По аналогии с (6.34) можно записать:

(6.37)

Учитывая (6.1): , получим:

Учитывая, что

где - сквозной тепловой ток отдельно взятого коллекторногоpn-перехода в режиме оторванной базы (при , т. С, режим отсечки). За счет прямого смещения базового перехода (рис. 6.16) ток много больше теплового тока коллектораIк0.

Рис. 6.16 UБЭ =const, UКЭ– переменное

В режиме насыщения база должна быть обогащена неосновными носителями. Критерием этого режима является равновесная концентрация носителей на КП (UКБ=0). В силу уравнения UКЭ=UКБ+UБЭ, равенство напряжения на коллекторном переходе нулю может иметь место при небольших отрицательных напряжениях между базой и эмиттером. При UКЭ0 и UБЭ<0, оба перехода смещаются в прямом направлении, их сопротивление падает. При малых напряжениях на коллекторе (UКЭ<UБЭ) UКБ меняет свой знак, сопротивление коллекторного перехода резко уменьшается, коллектор начинает инжектировать дырки в базу. Поток дырок из коллектора компенсирует поток дырок из эмиттера. Ток коллектора меняет свой знак (на выходных ВАХ эта область обычно не показывается).

При больших напряжениях на коллекторе возможен пробой коллекторного перехода за счет лавинного умножения носителей в ОПЗ (т. D). Напряжение пробоя зависит от степени легирования областей транзистора. В транзисторах с очень тонкой базой возможно расширение ОПЗ на всю базовую область (происходит прокол базы).

Сравнивая выходные ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОЭ и ОБ (рис. 6.17), можно заметить две наиболее существенные особенности: во-первых, характеристики в схеме с ОЭ имеют больший наклон, свидетельствующий об уменьшении выходного сопротивления транзистора и, во-вторых, переход в режим насыщения наблюдается при отрицательных напряжениях на коллекторе.

Рост тока коллектора с увеличением UКЭ определяется уменьшением ширины базы. Коэффициенты переноса æ и передачи тока эмиттера α растут, но коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ растет быстрееα. Поэтому при постоянном токе базы ток коллектора увеличивается сильнее, чем в схеме с ОБ.

Рис. 6.23 Выходные характеристики pnp-транзистора а – в схеме с ОБ, б – в схеме с ОЭ

studfiles.net

6.1.1 Статические вольт-амперные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой

При любом включении транзистор характеризуется семейством входных и выходных характеристик. На рис. 6.9,а показаны зависимости коллекторного тока от разности потенциалов между коллектором и базой UКБ для pnp-транзистора или выходные ВАХ транзистора с ОБ (или выходными ВАХ), поскольку они характеризуют выходную цепь транзистора.

На рис. 6. 9,б показаны зависимости тока эмиттера от разности потенциалом между эмиттером и базой UЭБ, или входные ВАХ транзистора с ОБ (или просто входными ВАХ), поскольку они характеризуют входную цепь транзистора.

а б

Рис. 6. 9. Выходные и входные ВАХ pnp-транзистора с ОБ

Следует напомнить, что для pnp-транзисторов при нормальном включении эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный переход – в обратном. Соответственно для npn-транзисторов при нормальном включении Uэб<0, Uкб>0 и Iэб<0, Iкб>0. Обычно все ВАХ рисуют в первом квадранте, т.е. по существу по осям откладывают модули соответствующих токов и напряжений.

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают три режима работы транзистора. Основным режимом является активный режим, при котором эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный – в закрытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах.

В импульсных схемах транзистор работает в режиме электронного ключа. При этом ток коллектора в открытом состоянии транзистора (когда ключ замкнут) ограничивается не транзистором, а внешними сопротивлениями. Говорят, что ток не растёт с ростом входного тока, а достигается насыщение роста. Отсюда возник термин – «режим насыщения». В режиме насыщения оба pn-перехода смещены в прямом направлении. Разомкнутому состоянию электронного ключа соответствует режим отсечки тока, или просто «режим отсечки». В режиме отсечки оба перехода смещены в обратном направлении. Таким образом, возможны три состояния (три режима работы транзистора) – активный, насыщения и отсечки.

Учитывая симметричную структуру транзистора, функции эмиттера и коллектора можно поменять местами. При этом включение транзистора называют инверсным. Очевидно, что как и при нормальном включении, здесь также возможны три режима – активный, насыщения и отсечки.

Рассмотрим влияние режимов работы транзистора (и его ВАХ) более подробно. Если положить UКБ=0, то, как видно из рис. 6.9,б входная характеристика транзистора соответствует характеристике pn-перехода, включенного в прямом направлении. Если UКБ  0, то входная характеристика изменяется, т.е. транзистор – прибор, в котором существует обратная связь и сигнал в выходной цепи может оказывать влияние на сигнал входной цепи.

При UЭБ=0 и UКБ концентрация в базе равновесная pn0Б, градиент концентрации в базе отсутствует, токи через эмиттерный и коллекторный переходы равны нулю (т.0). В случае узкой базы распределение концентрации неосновных носителей в базе можно считать линейным.

На ВАХ можно выделить три области, соответствующие различным режимам работы транзистора: активную область, область насыщения и область отсечки.

Если эмиттер смещен в прямом направлении, происходит инжекция носителей заряда в базу и, доходя до коллектора, они создают ток в выходной цепи (т. А на рис. 6.9).

Активная область (т. А на рис. 6.9, б) соответствует усилительному режиму. Для нее выполняются условия UЭБ>0, UКБ<0, следовательно, в соответствии pn(0)>pn0, pn(W)<pn0. Как правило, |UКБ|>>||, поэтому можно считатьpn(W)≈0.

Возрастание UЭБ будет сопровождаться увеличением тока эмиттера, а также ростом pn(0) и ростом градиента концентрации неосновных носителей заряда ∂pn/∂x, а, следовательно, возрастанием тока через базу (т. В на рис. 6.9), изменяет скорость рекомбинации и ток базы.

Отметим тот факт, что в активном режиме переходы транзистора имеют различную ширину: запертый коллекторный переход значительно шире открытого эмиттерного перехода.

Если при постоянном токе эмиттера увеличивать обратное смещение на коллекторе, ширина ОПЗ коллекторного перехода будет возрастать, ширина базы уменьшается (эффект Эрли, рис. 6.10,б) и градиент концентрации в базе в этом случае может остаться постоянным только при уменьшении концентрации неосновных носителей у ЭП. Это соответствует уменьшению напряжения на эмиттере и смещению характеристик влево (т. С на рис. 6.9).

а	б
нормальное включение, UКБ=const, UЭБ – переменное	нормальное включение, UЭБ =const, UКБ – переменное
Рис. 6.10 Распределение неосновных носителей в базе pnp-транзистора при нормальном включении в схеме с ОБ

Если напряжение на ЭП равно нулю, отрицательное напряжение на коллекторе приводит к уменьшению концентрации дырок в базе, состояние термодинамического равновесия на ЭП нарушается, что в свою очередь вызывает приток дырок из эмиттера, и ток эмиттера при UКБ < 0 отличен от нуля (т. D на рис. 6.9).

Если положить IЭ = 0, то выходная характеристика будет соответствовать ВАХ pn-перехода, включенного в обратном направлении (рис. 6.9,а). Проходящий при этом в коллекторной цепи ток IКБ0 является неуправляемым и часто, называется тепловым, поскольку он создается неосновными носителями, генерируемыми в области базы и эмиттера. Ток IКБ0 надо именно измерять, так как аналитически оценить все составляющие тока невозможно.

С увеличением напряжения на коллекторе ток коллектора растет. Величина наклона кривых характеризуется сопротивлением. С увеличением напряжения на коллекторе ширина базы уменьшается, вследствие чего уменьшается вероятность рекомбинации дырок в базе, и при постоянном токе эмиттера ток дырок, доходящих до коллектора, должен возрастать с повышением напряжения на КП. Поэтому сопротивление коллектора должно уменьшаться.

Завершая рассмотрение активного режима, отметим, что основной вклад в ток через базовый электрод (ток базы) вносит рекомбинационная составляющая. Равная ей рекомбинационная составляющая тока эмиттера определяет его отличие от тока коллектора, создаваемого практически исключительно сквозным потоком дырок, (). С учетом того, что база транзистора делается очень узкой и слабо легируется, потери электронов на рекомбинацию в базе очень невелики, иIБ<< IЭ.

Инверсный режим (инверсный активный режим) работы транзистора аналогичен активному режиму с той лишь разницей, что в этом режиме в открытом состоянии находится коллекторный переход, а в закрытом – эмиттерный переход. Коэффициент усиления по току в инверсном режиме для pnp-транзистора можно записать по аналогии с :

В связи с тем, что усилительные свойства транзистора в инверсном режиме оказываются значительно хуже, чем в активном режиме, транзистор в инверсном режиме практически не используется.

Режим насыщения (т. А и т. Е на рис. 6.9) соответствует режиму, при котором оба перехода транзистора находятся в открытом состоянии. Границы режима насыщения определяются условиями UЭБ>0 и UКБ≥0, следовательно, pn(0)>pn0, pn(W)≥pn0. В точке А UЭБ>0 и UКБ=0, соответственно pn(0)>pn0 и pn(W)=0, в точке Е UКБ>0 и Uк.б>0, соответственно pn(0)>pn0 и pn(W)>pn0. (рис. 6.11).

а	б
UЭБ– положительное, UКБ=0 (т. А)	оба перехода смещены в прямом направлении (т.Е)
Рис. 6.11 Распределение неосновных носителей в базе pnp-транзистора в режиме насыщения по схеме с ОБ

В этом режиме и эмиттер, и коллектор инжектируют электроны в базу, в структуре протекают два встречных сквозных потока дырок (нормальный и инверсный). От соотношения этих потоков зависит направление токов, протекающих в цепях эмиттера и коллектора.

Вследствие двойной инжекции база транзистора очень сильно насыщается избыточными носителямими (электронами для npn-транзистора и дырками для pnp-транзистора), из-за чего усиливается их рекомбинация с основными носителями, и рекомбинационный ток базы оказывается значительно выше, чем в активном или инверсном режимах. Ток коллектора не обеспечивает отвод всех подходящих к коллектору инжектированных носителей заряда (говорят об ограничении тока коллектора).

В связи с насыщением базы транзистора и его переходов избыточными носителями заряда, их сопротивления становятся очень маленькими. Поэтому цепи, содержащие транзистор, находящийся в режиме насыщения, можно считать короткозамкнутыми, в этом режиме транзистор представляет собой эквипотенциальную точку.

В режиме отсечки (см. т. F на рис. 6.9) оба перехода транзистора находятся в закрытом состоянии.

Рис. 6.12 Оба перехода смещены в обратном направлении (режим отсечки) т. F

Сквозные потоки электронов в режиме отсечки отсутствуют. Через переходы транзистора протекают потоки неосновных носителей заряда, создающие малые и неуправляемые тепловые токи переходов. База и переходы транзистора в режиме отсечки обеднены подвижными носителями заряда, в результате чего их сопротивления оказываются очень высокими. Поэтому считают, что транзистор, работающий в режиме отсечки, представляет собой разрыв цепи.

Режимы насыщения и отсечки используются при работе транзисторов в импульсных (ключевых) схемах.

Рассмотренные процессы инжекции и собирания носителей коллектором не зависят от схемы включения, соответственно, и рассмотренные режимы – будут иметь место и в каскадах с общим эмиттером и общим коллектором.

studfiles.net

Реальные выходные ВАХ транзистора,включенного по схеме с общей базой

При UКБ = 0 и UЭБ > 0 характеристика имеет вид обычной ВАХ p-n-перехода в прямом направлении. При подаче запирающего напряжения на коллектор входные ха- рактеристики изменяются очень незначительно, что указывает на слабое влияние поля коллектора, на прохождение тока через эмиттерный переход. Это влияние обусловлено эффектом Эрли – уменьшением ширины (толщины) базы при увеличении обратного кол- лекторного напряжения вследствие расширения коллекторного перехода, что приводит к увеличению коэффициента α на доли процента и соответствующему росту тока. Наклон выходных характеристик в схеме с ОБ незначителен и также обусловлен эффектом Эрли. Собственный обратный ток коллектора IКБ0 кроме теплового тока IК0 включает также ток термогенерации IКТ и утечки IКУ. Характеристика передачи дается выражением (2). Активный режим соответствует первому квадранту выходных характеристик, в режиме двойной инжекции (второй квадрант) происходит спад коллекторного тока при неизменном эмиттерном токе. Это результат встречной инжекции c коллекторного перехода.

 

 

Входные характеристики транзистора в схеме с общей базой.Основноеуравнение,описывающее работу транзистора в схеме ОБ

Входными характеристиками транзисторов в схеме с ОБ представляют собой зависимость вида:

Iэ=f(Uэб) при Uкб=const. (1.5)

При большом обратном сопротивлении коллектора ток мало зависит от коллекторного напряжения.

На рисунке 1.7 (а) показаны реальные входные характеристики германиевого транзистора.

Рис. 1.7. Входные характеристики биполярных транзисторов в схеме с ОБ: а) германиевых типа МП -14 маломощных; б) кремниевых типа 2Т – 925 мощных

Эмиттерная характеристика при Uкб=0 подобна обычной характеристике полупроводникового диода. Условие Uкб=0 означает короткое замыкание коллектора с базой. При подаче отрицательного коллекторного напряжения эмиттерная характеристика смещается в область с большей крутизной (рис. 1.7.).

То, что коллекторное напряжение влияет на положение эмиттерной характеристики свидетельствует о наличии внутренней обратной связи.

При Uкб=0 характеристика приходит через начало координат. При некотором отрицательном напряжении Uэб<0 в эмиттерной цепи устанавливается обратный ток Iэбо (ток Iэбо можно измерить при обратном включении эмиттерного перехода и разомкнутой цепи коллектора, т.е. при Iк=0).

Входные характеристики кремниевого транзистора показаны на рис. 1.7 (б). Они смещены от нуля в сторону левых напряжений, как и у кремниевого диода, смещение равно 0,6-0,7 В. По отношению к входным характеристикам германиевого транзистора составляет 0,4 В.

 

Схема включения биполярного транзистора с общим эмитером.Выходные и входные ВАХ. Основные уравнения и параметры.

Схема с общим эмиттером (ОЭ). Такая схема изображена на рисунке 1. Во всех книжках написано, что эта схема является наиболее распространненой, т. к. дает наибольшее усиление по мощности.

 

Рис. 1 - Схема включения транзистора с общим эмиттером

Усилительные свойства транзистора характеризует один из главных его параметров - статический коэффициент передачи тока базы или статический коэффициент усиления по току β. Поскольку он должен характеризовать только сам транзистор, его определяют в режиме без нагрузки (Rк = 0). Численно он равен:

 

при Uк-э = const

Этот коэффициент бывает равен десяткам или сотням, но реальный коэффициент ki всегда меньше, чем β, т. к. при включении нагрузки ток коллектора уменьшается.

Коэффициент усиления каскада по напряжению ku равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения. Входным является переменное напряжение uб-э, а выходным - переменное напряжение на резике, или что то же самое, напряжение коллектор-эмиттер. Напряжение база-эмиттер не превышает десятых долей вольта, а выходное достигает единиц и десятков вольт (при достаточном сопротивлении нагрузки и напряжении источника E2). Отсюда вытекает, что коэффициент усиления каскада по мощности равен сотням, тысячам, а иногда десяткам тысяч.

Важной характеристикой является входное сопротивление Rвх, которое определяется по закону Ома:

 

и составляет обычно от сотен Ом до единиц килоом. Входное сопротивление транзистора при включении по схеме ОЭ, как видно, получается сравнительно небольшим, что является существенным недостатком. Важно также отметить, что каскад по схеме ОЭ переворачивает фазу напряжения на 180°

К достоинствам схемы ОЭ можно отнести удобство питания ее от одного источника, поскольку на базу и коллектор подаются питающие напряжения одного знака. К недостаткам относят худшие частотные и температурные свойства (например, в сравнении со схемой ОБ). С повышением частоты усиление в схеме ОЭ снижается. К тому же, каскад по схеме ОЭ при усилении вносит значительные искажения.

 

 

Типичные входные и выходные характеристики транзистора см. на рис. 3.8.

 

 

Рис. 3.8. Вольт-амперная характеристика транзистора:

а – входная характеристика; б – выходная характеристика

 

 

studopedia.net

3. Полупроводниковые диоды, классификация по конструктивным особенностям и области применения:

Классификация полупроводниковых диодов:

По исходному полупроводниковому материалу диоды делятся на две основные группы: германиевые и кремниевые. Первые работают при температурах не выше +70°С, а вторые – до +125-150°С.

По конструктивно-технологическому признаку также различают две разновидности диодов: точечные и плоскостные. У точечных диодов выпрямляющий контакт образуется в точке касания полупроводниковой пластинки острием металлической иглы, причем пропускное направление соответствует прохождению тока от иглы к пластинке. У плоскостных диодов выпрямляющими свойствами обладает поверхность раздела двух областей полупроводника с разными типами проводимости (дырочной p и электронной n) внутри монокристаллического объема полупроводника (p-n переход). Наиболее распространенными плоскостными диодами являются так называемые сплавные, у которых p-n переход образуется в результате рекристаллизации сплава исходного полупроводника с помещенной на его поверхности таблеткой примесного вещества.

Сплавные диоды позволяют пропускать значительно большие токи и отличаются лучшим постоянством характеристик, но обладают повышенными емкостями, что ограничивает их применение на высоких частотах. Промежуточными свойствами обладают микросплавные диоды. Они изготавливаются путем электролитического осаждения тонкой пленки примесного вещества на поверхность монокристаллической пластинки исходного полупроводника и последующего вплавления этой примеси.

Области применения:

По областям применения различают диоды универсального назначения, силовые выпрямительные диоды, стабилизаторы напряжения («опорные» диоды) и ряд разновидностей диодов специализированного назначения (смесительные и модуляторные диоды, диоды для умножения частоты, для параметрических усилителей и др.). Выпускаются также высоковольтные выпрямительные столбы, состоящие из нескольких однотипных диодов, включенных последовательно.

Диоды широко используются для преобразования переменного тока в постоянный (точнее, в однонаправленный пульсирующий). Диодный выпрямитель или диодный мост (То есть 4 диода для однофазной схемы, 6 для трёхфазной полумостовой схемы или 12 для трёхфазной полномостовой схемы, соединённых между собой по схеме) — основной компонент блоков питания практически всех электронных устройств. Диодный трёхфазный выпрямитель по схеме Ларионова А. Н. на трёх параллельных полумостах применяется в автомобильных генераторах, он преобразует переменный трёхфазный ток генератора в постоянный ток бортовой сети автомобиля. Применение генератора переменного тока в сочетании с диодным выпрямителем вместо генератора постоянного тока с щёточно-коллекторным узлом позволило значительно уменьшить размеры автомобильного генератора и повысить его надёжность.  В некоторых выпрямительных устройствах до сих пор применяются селеновые выпрямители. Это вызвано той особенностью данных выпрямителей, что при превышении предельно допустимого тока, происходит выгорание селена (участками) , не приводящее (до определенной степени) ни к потере выпрямительных свойств, ни к короткому замыканию — пробою.  В высоковольтных выпрямителях применяются селеновые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых селеновых выпрямителей и кремниевые высоковольтные столбы из множества последовательно соединённых кремниевых диодов. 

studfiles.net

Схема с общей базой

Как видно из рис.3.4,а для схемы ОБ входным током является ток базы iБ , входным напряжением – напряжение uЭБ , выходным током – ток коллектора iК , а выходное напряжение uКБ .Поскольку напряжение uЭБ отрицательно, то для удобства построения графиков ВАХ его заменяют положительным напряжением uБЭ . На рис. 3.5 показан примерный вид входных ВАХ транзистора с ОБ.

Рис. 3.5

Входные характеристики здесь в значительной степени определяются характеристикой открытого эмиттерного p - n -перехода, поэтому они аналогичны ВАХ диода, смещенного в прямом направлении. Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения uКБ обусловлен так называемым эффектом Эрли (эффектом модуляции толщины базы), заключающимся в том, что при увеличении обратного напряжения uКБ коллекторный переход расширяется, причем в основном за счет базы. При этом толщина базы как бы уменьшается, уменьшается ее сопротивление, что приводит к уменьшению падения напряжения uБЭ при неизменном входном токе.

Модуляция толщины базы проявляется в большей степени при малых выходных напряжениях, и меньше при больших Иногда это явление уже заканчивается при uКБ > 2 В, и входные ВАХ при больших напряжениях сливаются в один график.

Так же, как у диода, входные ВАХ при заданных постоянных напряжениях позволяют определить статические и дифференциальные (динамические) сопротивления :

,

.

Выходными ВАХ для схемы с ОБ являются зависимости выходного коллекторного тока от напряжения коллектор-база при постоянных токах эмиттера . На рис. 3.6 показаны примерные графики выходных ВАХ.

Рис. 3.6

Из рисунка видно, что ток коллектора становится равным нулю только при uКБuКБ < 0, называются линиями насыщения. Ток коллектора становится равным нулю при uКБ < -0,75 В. При uКБ >0 и токе эмиттера, равном нулю, транзистор находится в режиме отсечки, который характеризуется очень малым выходным током, равным обратному току коллектора IК0 , то есть график ВАХ, соответствующий iЭ = 0, практически сливается с осью напряжений.

При увеличении эмиттерного тока и положительных выходных напряжениях транзистор переходит в активный режим работы.

Ток коллектора связан с током эмиттера соотношением

,

где - статический коэффициент передачи тока эмиттера; он равен отношению тока коллектора к току эмиттера при постоянном напряжении на коллекторе относительно базы; IК0 – обратный ток коллектора.

Отношение малых приращений этих же токов определяет дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока

.

Наклон выходных характеристик численно определяет дифференциальное сопротивление коллекторного перехода:

Природа обратного тока коллектора такая же, как и у обратного тока диода, включенного в обратном направлении. Он протекает и тогда, когда ток эмиттера равен нулю.

Учитывая малость величины обратного тока по сравнению с коллекторным током в активном режиме, можно считать, что ток коллектора в активном режиме прямо пропорционален току эмиттера:

.

При значительных эмитерных токах и напряжениях на коллекторном переходе линии ВАХ начинают изгибаться вверх из-за намечающегося пробоя коллекторного перехода.

Так как обратный ток коллектора возрастает при увеличении температуры , то и графики выходных ВАХ при увеличении температуры смещаются вверх.

В активном режиме выходное напряжение uКБ и мощность , выделяющаяся в виде тепла в коллекторном переходе, могут быть большими. Чтобы транзистор не перегрелся, необходимо выполнение неравенства

,

где PK, max - максимально допустимая мощность для данного типа транзистора.

Чтобы правильно выбрать параметры схемы, где будет работать транзистор, на выходных ВАХ строят так называемую линию допустимой мощности, определяемую заданной максимально допустимой мощностью. Уравнение этой линии

.

На рис. 3.6 эта линия показана пунктиром. Мгновенные значения выходных тока и напряжения не должны выходить за пределы линии максимально допустимой мощности. Область допустимой работы ограничивается также значениями максимально допустимых выходного тока и выходного напряжения IК, max и UKБ, max .

Транзистор, включенный по схеме с общей базой, используется в усилителях напряжения и мощности, так как несмотря на то, что выходной ток почти равен входному, выходное напряжение значительно больше входного. Из-за достаточно большого выходного сопротивления транзистор с ОБ используют в источниках стабильного тока.

jstonline.narod.ru

Параметры биполярного транзистора в схеме с общей базой, страница 6

Выходные ВАХ реального транзистора имеют следующие отличия:

1. При Iэ=0 ток коллектора равен обратному току реального диода, тоесть возрастает с ростом обратного напряжения.

2.  В активном режиме с увеличением Uкб  толщина базы уменьшается и ко­-эффициент а увеличивается, то есть при Iэ=const    возрастаети характеристики имеют небольшой наклон к оси абсцисс. Этот эффектможет быть учтен добавлением дополнительного слагаемого к уравне­нию (3):

            ,                                                                                                                                                                (13)

где  – усредненное дифференциальное сопротивление коллектор­ного перехода, .

3. В реальном транзисторе коэффициент α также зависит от тока эмитте­ра. При малых токах в кремниевых транзисторах большую роль играет ток рекомбинации в ОПЗ эмиттерного перехода,  IrЭ. С учетом этого ко-

эффициент инжекции  С ростом то-

ка эмиттера ток инжекции растет быстрее тока рекомбинации и сла-

Рис. 6.       Статические характеристики реального транзистора в схеме с ОБ:

а) входные;

б) выходные.

гаемое   – уменьшается, а коэффициенты γ и  возрастают. При больших токах эмиттера большой избыточный отрицательный заряд инжектированных электронов в базе у границы эмиттерного перехода подтягивает положительно заряженные дырки из глубины базы. Кон­центрация дырок у границы эмиттерного перехода в базе возрастает, что приводит к росту дырочной составляющей тока эмиттера, IpЭ, и множитель возрастает, а коэффициенты γ и α уменьшаются. Таким образом зависимость имеет максимум в области средних токов. Поэтому на выходных характеристиках ,  так как α  изменяет­ся.

4. При больших обратных напряжениях Uкб наблюдается рост коллектор­ного тока, обусловленный приближением к области пробоя коллектор­ного перехода. Напряжение, при котором ток коллектора при Iэ=0 стремится к бесконечности, называется напряжением пробоя коллектор­ного перехода в схеме с общей базой, или напряжением пробоя коллек­торного перехода при оборванном выводе эмиттера, Uкбо проб. (рис. 6б). Необходимо также иметь ввиду, что при определенных условиях в транзисторе появляется так называемый эффект "смыкания переходов", когда при увеличении обратного напряжения Uкб до некоторого значе­нияUкбсколлекторный переход, расширяясь на всю толщину базовой области, достигает я какой-либо из точек базы эмиттерногоперехода. Потенциальный барьер эмиттерного перехода при этом резко умень­шается и токи Iэ и Iк резко возрастают и характеристика будет иметьтакой же вид, как и в области пробоя. Напряжение "смыкания”.

    может быть меньше Uкбо проб., и тогда оно ибудет являться напряжением

    пробоя коллекторного перехода..

С изменением температурыизменяются многие параметры транзи­стора, особенно обратные токи переходов. Изменяются и статическиеха­рактеристики. Максимальная рабочая температура германиевых транзи­сторов 70 - 100 °С, а кремниевых – 125 - 200 °С. Минимальная рабочая температура определяется энергией ионизации примесных атомов и их концентрацией. Обычно эта энергия невелика и транзистор может рабо­тать при -200 °С. Фактически нижний предел температуры ограничивает­ся термостойкостью корпуса и допустимыми изменениями параметров и составляет -60 -70 °С. Температурный дрейф выходных характеристик обусловлен изменением тока коллектора при изменении температуры. Уравнение выходной ВАХ в схеме с ОБ:  при Iэ=const. Изме­нение тока коллектора: . Относительное изменение тока

vunivere.ru

Реальные выходные ВАХ транзистора,включенного по схеме с общей базой

Понятие твердотельной электроники.

Структура кристаллов. Типы кристаллических решеток. Трансляционная симметрия

Кристаллографическая система координат. Индексы Миллера.

Типы связей в кристаллах. Молекулярные, ионные, атомные, металлические кристаллы.

Классификация п/п. Виды п/п. Процессы термогенерации и рекомб. Фононы.

Энергетические уровни и зоны твердого тела. Соотношение неопределенностей Гейзенберга. Разрешенные и запрещенные зоны. Равновесные носители заряда.

Квазиимпульс и эффективные массы носителей заряда.

Собственные и примесные полупроводники. Донорная примесь, зонная диаграмма. Энергия ионизации доноров. Основные и неосновные носители. Неравновесные носители.

Акцепторная примесь, зонная структура. Энергия ионизации акцепторов. Эффективная концентрация носителей заряда. Принцип электрической квазинейтральности полупроводника

Механизмы рекомбинации. Типы ловушек и их энергетические уровни. Излучательная рекомбинация. Механизмы безизлучательной рекомбинации.

Законы распределения равновесных носителей заряда в энергетических зонах. Распределение Ферми-Дирака для электронов и дырок.

Концентрация электронов в зоне проводимости. Концентрация дырок в валентной зоне. Собственная концентрация носителей заряда.

Уровень Ферми. Расположение уровня Ферми в собственных и примесных полупроводниках. Понятие химического и электрохимического потенциала.

Температурные зависимости концентрации носителей заряда и уровня Ферми.

Дрейфовое движение носителей заряда. Подвижность носителей заряда. Удельная проводимость. Диффузионное движение носителей заряда.

Электропроводность полупроводников. Температурная зависимость подвижности носителей. Температурная зависимость удельной проводимости.

Виды электрических переходов. Работа выхода и энергия электронного сродства

Классификация р-н-переходов. Структура электронно-дырочного перехода. Область пространственного заряда. Эмиттер и база в р-н-переходе.

Зонная структура р-н-перехода, потенциальный барьер.

Анализ электронно-дырочного перехода в неравновесном состоянии. Вывод уравнений для потенциального барьера. Ширина обедненного слоя.

Прямое и обратное включение p-n перехода. Зонная диаграмма при прямом смещении.

Анализ электронно дырочного перехода в неравновесном состоянии. Инжекция НЗ в переходе. Коэффициент и уровень инжекции.

Математическая модель идеализированного p-n перехода. Решение уравнения диффузии

25. Плотность диффузионного тока: ВАХ p-n перехода:

Тепловой ток

ВАХ реального электронно-дырочного перехода

Обратная ветвь ВАХ реального перехода

Туннельный эффект в p-n переходе. Энергетические диаграммы в равновесном состоянии и при обратном смещении.

Энергетические диаграммы туннелього эффекта при прямом смещении. И ВАХ

Явление Христа народу. Явление ударной ионизации. Лавинный пробой p-n перехода.

Температурный коэффициент напряжения туннельного пробоя.Температурный коэффициент

Напряжения лавинного пробоя. Тепловой пробой.

Инерционные свойства p-n перехода. Барьерная емкость. Вольт-фарадные характеристики перехода.

Диф емкость.

Переходные процессы.

Этап восстановления обратного сопротивления переход

Полупроводниковые диоды. Выпрямительные низкочастотные диоды

Импульсные диоды, параметры, диоды с резким восстановлением обратного сопротивления.

Биполярный транзистор, принцип действия, физические процессы в структуре с двумя взаимодействующими переходами

Коэффициенты инжекции и переноса носителей заряда,коэффициент передачи тока биполярного транзистора. Основные уравнения. Активный режим работы,режимы отсечки и насыщения,инверсное включение.

Эффект модуляции толщины базы в полупроводниковой структуре с двумя взаимодействующими переходами

Математическая модель биполярного транзистора.СхемаЭберса-Мола

Схема включения биполярного транзистора с общей базой.Входные и выходные ,идеализированные характеристики.Режимыработы:активный,отсечки и насыщение.

Реальные выходные ВАХ транзистора,включенного по схеме с общей базой

studopedia.net

---

• 
  Что опаснее переменный или постоянный ток
• 
  Схема подключения дизель генератора
• 
  Виды заделок
• 
  Передать показания счетчика за электроэнергию нижегородская область
• 
  Схема асинхронного трехфазного двигателя
• 
  Проводит железо ток
• 
  Электробезопасность определение
• 
  Как отключить электросчетчик в квартире
• 
  По реле справочник
• 
  Количество теплоты измеряют в
• 
  Цветовая температура светильников светодиодных