ПІДСИЛЮВАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ БТ. ДИНАМІЧНИЙ РЕЖИМ РОБОТИ БТ

Статичні характеристики БТ – це залежності між струмами та напругами на вході та виході БТ.

Статичними називають тому, бо один з параметрів залишається постійним.

Використовують 2 види статичних характеристик:

- вхідні І_вх = f(U_вх) при U_вх = const;

- вихідні І_вих = f(U_вих) при І_вх = const.

Схема з спільною базою (СБ) (рис.28,а).

Вхідні характеристики І_Е = f(U_ЕБ), при U_КБ = const (рис.29,а) - І_вх = І_Е, U_вх = U_ЕБ

                                а)                                                        б)

Рисунок 28 – Вхідні (а) та вихідні б) характеристики p-n-p транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером

U_КБ слабо впливае на величину І_Е, бо діє на К_p-n (колекторному переході). Тому характеристики, що зняті при U_КБ = 0 практично співпадають.

При U_КБ  = 0 – характеристика прямо включеного p-n переходу.

Вихідні характеристики І_К = f(U_КБ) (рис.29,б) - І_Е = const І_вих = І_к, U_вих = U_КБ

І_К – зворотний струм колекторного p-n- переходу. Він створюється за рахунок дифузії носіїв зарядів, що проникають із емітера через базу в колектор. Тому величина І_К визначається величиною І_Е і майже не залежить від величини U_КБ.                

Характеристики майже паралельні осі напруг.

Навіть при U_КБ = 0 відбувається явище екстракції і струм колектора може мати велику величину, що залежить від струму емітера (І_К = α І_Е), тобто колекторний p-n перехід прискорює неосновні носії бази. Чим вище І_Е, тим більш носіїв переходять до колектора. Тому вихідні характеристики не проходять через 0 (окрім І_Е = 0). При І_Е = 0 – характеристика зворотного струму p-n переходу (режим відсічки).

При деякій U_КБ починається пробій колекторного p-n переходу (характеристики закручуються догори).

При зміні полярності U_КБ струм колектора І_К спочатку різко зменшується і досягає нуля при значеннях U_КБ порядку десятих вольта. Колекторний p-n перехід включений у прямому напрямку (режим насичення), І_К міняє свій напрямок і швидко збільшується. При цьому транзистор може вийти з ладу.

На рис.30 подано вхідні І_Б = f(U_БЕ), при U_КЕ = const і вихідні І_К = f(U_КЕ), при І_Б = const характеристики для транзистора типу p-n-p, увімкненого за схемою зі спільним емітером. Характеристики транзистора використовують для вибору робочої точки в схемах підсилювачів сигналів.

                                           а)                                           б)                            в)

Рисунок 30 – Вхідні (а) та вихідні б) характеристики p-n-p транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером

Схема з спільним емітером (СЕ) - І_вх = І_Б, U_вх = U_БЕ, І_вих = І_К, U_вих = U_КЕ

Вхідні характеристики І_Б = f(U_БЕ), при U_КЕ = const.     

Чим більше U_КЕ, тим менше І_Б, так як збільшується напруга, прикладена до колекторного p-n- переходу в зворотному напрямку, зменшується рекомбінація носіїв в базі і більша їх частина утягується до колектора.

Вихідні характеристики    І_К = f(U_КЕ), при І_Б = const.     

З рис.30,в для схеми зі СЕ напруга на колекторному p-n переході дорівнює

U_КБ = U_КЕ - U_БЕ,

так як ці напруги між точками колектора включені зустрічно.

Тому при |U_КЕ| < |U_БЕ| колекторний p-n- перехід включений прямо. Тому на ділянці ОА від U_КЕ = 0 до |U_КЕ| = |U_БЕ| крутизна на вихідних характеристиках велика. На ділянці |U_КЕ| > U_БЕ| крутизна вихідних характеристик зменшується і вони майже паралельні осі абсцис - маємо залежність зворотнього струму від зворотної напруги.

Положення кожної з вихідних характеристик залежить від величини струму бази І_Б.

Так як схема з СК не використовується для підсилення, то статичні характеристики для неї не приводяться.

Підсилювальні властивості БТ - підсилення це керування потужним вихідним сигналом за допомогою малих витрат енергії у вхідному колі.

Підсилювальні властивості БТ базуються на перетворенні опору зворотньо зміщеного p-n переходу (рис.31).

Транзистор - перетворювач опору.

Рисунок 31- Схема підключення джерел живлення та навантаження до БТ

R_Еp-n малий – ОМ – пряме включеня.

R_Кp-n великий – сотні МОм – зворотне включення.

Тому в коло колектора можна включити R_Н = 1 МОм, практично не змінюючи І_К. Повний струм колектора дорівнює:

                                 І_К = α І_Е + І_КБ0. 

Без інжекції І_Е = 0, І_К = І_КБ0 (дуже малий).

У результаті інжекції І_К збільшується:

                           І_К = α І_Е ≈ І_Е. 

Так як при цьому напруга Е₂ залишалася пстійною, то за законом Ома така зміна струму колектору  І_К  можлива тільки у результаті різкого зменшення опору колекторного p-n переходу К_p-n .

У вихідному колі

                          Е₂ = U_Кp-n + U_Rн = І_К ∙ R_Kp-n + І_К ∙ R_Н,                                            (1)

Так як при інжекції R _Кp-n малий (R _Кp-n << R_Н), то І_К ∙ R_Kp-n можна знехтувати і Е₂ буде повністю прикладена до навантаження:

Е₂ = U_вих = І_К ∙ R_Н.

У вхідному колі   

                            Е₁ = U_вх = І_Е ∙ R_Еp-n,                                                                          (2)

Порівняємо (1) і (2).

Так як І_К ≈ І_Е , а R_Н >> R_Еp-n (пряме включення), то з рівнянь (1) та (2)  

                                              U_вих >> U_вх.

Тобто БТ підсилює напругу вхідного сигналу.

Е₂ >> Е₁.

Р_вих = U_вих ∙ І_вих = І_К ∙ U_вих.

Р_вх = U_вх ∙ І_вх = І_Е ∙ U_вх.

Так як І_К< І_Е, а U_вих >> U_вх, то  

Р_вих >> Р_вх,

тобто БТ підсилює потужність вхідного сигналу.

У практичних схемах транзисторних підсилювачів у вихідний ланцюг транзистора разом з джерелом живлення включають опір навантаження, а у вхідний — джерело підсилюваного сигналу.

Режим роботи транзистора з навантаженням називається динамічним. У цьому режимі струми і напруги на електродах транзистора не залишаються постійними, а безперервно змінюються. Розглянемо роботу транзистора, включеного за схемою зі спільним емітером, в динамічному режимі (рис. 32, а).

Рисунок 32 – Динамічний режим роботи транзистора: а – схема включеня; б – динамічна характеристика у сімействі статичних вихідних характеристик; в – вхідна динамічна характерстика

У цій схемі напруга джерела живлення Е_к розподіляється між ділянкою колектор - емітер (виходом схеми) і опором навантаження R_н так, що напруга

ЛЕКЦІЯ № 11, №12, 13 (6 год.)

ТЕМА 2.4 Транзистори

МЕТА:

- навчальна: ознайомити студентів із польовими транзисторами;

- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо основних характеристик та параметрів ПТ; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;

- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:

ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми, характеристики

ПЛАН

1 Польові транзистори (ПТ), їх особливості і побудова. ПТ з керуючим p-n-переходом.

2 МДН (МОН)- транзистори з вбудованим каналом.

3 МДН (МОН) -транзистори з индукованим каналом.

ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ