🗊Презентация Біполярні транзистори

Тема : Біполярні транзистори

План 1. Класифікація і маркувння План 1. Класифікація і маркувння 2. Будова та основні види біполярних транзисторів 2. Принцип дії біполярного транзистора (БТ). 3. Основні схеми включення БТ. 3.1 Схема з загальною базою. 3.2 Схема з загальним емітером. 3.3 Схема з загальним колектором. 4. Режим роботи БТ за постійним струмом. 5. Співвідношення між струмами в БТ. 6. Вхідна та вихідна вольт-амперні характеристики БТ. 7. Підсилення сигналів. 8. Емітерний повторювач.

Схематичне зображення транзистора типа p-n-p:

Область транзистора, розташована між переходами називається базою (Б). Примикають до бази області найчастіше роблять неоднаковими. Одну з них виготовляють так, щоб з неї найбільш ефективно відбувалася інжекція в базу, а іншу - так, щоб відповідний перехід найкращим чином здійснював екстракцію інжектованих носіїв з бази. Область транзистора, розташована між переходами називається базою (Б). Примикають до бази області найчастіше роблять неоднаковими. Одну з них виготовляють так, щоб з неї найбільш ефективно відбувалася інжекція в базу, а іншу - так, щоб відповідний перехід найкращим чином здійснював екстракцію інжектованих носіїв з бази.           Область транзистора, основним призначенням якої є інжекція носіїв в базу, називають емітером (Е), а відповідний перехід емітерним.           Область, основним призначенням якої є екстракція носіїв з бази - колектор (К), а перехід колекторним.

1. Принцип дії біполярного транзстора При роботі транзистора як підсилювача емітерний перехід відкритий, а колекторний – закритий. Це досягається відповідним ввімкненням джерел живлення (рис. 2.4). Оскільки емітерний перехід відкритий, то через нього протікатиме струм емітера Iе, який викликаний переходом електронів з емітера у базу і переходом дірок з бази у емітер. Отже, струм емітера матиме дві складові – електронну та діркову.

У залежності від полярності напруг, які прикладені до емітерного і колекторного переходів транзистора розрізняють 4 режими його роботи. У залежності від полярності напруг, які прикладені до емітерного і колекторного переходів транзистора розрізняють 4 режими його роботи. Активний режим. На емітерний перехід подається пряма напруга, а на колекторний – зворотня. Внаслідок того, що напруга в ланці колектора значно перевищує напругу, що прикладена до емітерного переходу, а струми у областях колектора та емітера майже однакові, потужність корисного сигналу на виході схеми (у колекторній ланці) буде набагато більшою за потужність сигналу на вході транзистора (у емітер ній ланці). Цей режим є основним режимом роботи транзистора. Режим відсікання. До обох переходів, у цьому випадку, підводяться зворотні напруги. Тому через них проходитиме лиш незначний струм , що зумовлений рухом неосновних носіїв зарядів. Практично ж транзистор у режимі відсікання буде закритим. Режим насичення. На обидва переходи подається пряма напруга. Струм у вихідній ланці транзистора буде максимальним і таким, що практично не керується вхідним струмом. У цьому режимі транзистор буде повністю відкритим. Інверсний режим. До емітерного переходу підводиться зворотня напруга, а до колекторного – пряма. Емітер і колектор міняють свої функції на протилежні – емітер виконує функції колектора і навпаки. Цей режим, як правило, не відповідає нормальним умовам експлуатації транзистора. Оскільки біполярний транзистор має три виводи, то для визначення основних параметрів він представляється у виді чотириполюсника (рис. 2.5), де I1, U1 – вхідні, а I2, U2 – вихідні величини.

2. Основні схеми включення БТ. Залежно від того, який електрод є спіль­ним для вхідного і вихідного кіл, розрізняють три схеми ввімкнення транзисторів: Зі спільною базою -СБ Зі спільним емітером -СЕ Зі спільним колектором -СК Слід зазначити, що основні схеми ввімкнення розглядаються для змінного сиг­налу.

2.1 Схема з загальною базою.

Струм, що проходить через джерело вхідного сигналу, називають вхідним струмом. Значить: Струм, що проходить через джерело вхідного сигналу, називають вхідним струмом. Значить: Напруга в транзисторах схемах позначають двома індексами в залежності від того, між якими виводами транзистора ці напруги вимірюються Якщо під дією UBX струм емітера зростає на деяку величину ∆ІЕ, то відповідно зростають і решта струмів транзистора

Незалежно від схеми ввімкнення транзистори характеризуються диференціальним коефіцієнтом передачі струму: Незалежно від схеми ввімкнення транзистори характеризуються диференціальним коефіцієнтом передачі струму: Вхідний опір схеми з СБ : rе-опір емітерного переходу, ввімкненого в прямому напрямі. Вхідний опір схеми з СБ малий ( одиниці - десятки Ом), тому що вхідне коло схеми являє собою відкритий емітерний перехід. Недоліки схеми з СБ: Схема не підсилює струм ; Малий вхідний опір; Два різних джерела напруги живлення. Перевага схеми з СБ: висока температурна стабільність.

2.2 Схема з загальним емітером. У схемі з СЕ:

Вхідний опір транзистора в схемі СЕ значно більший, ніж в схемі з СБ. Це видно із очевидної нерівності. Вхідний опір транзистора в схемі СЕ значно більший, ніж в схемі з СБ. Це видно із очевидної нерівності. Коефіцієнт прямої передачі струму для схеми з СЕ: Перевага схеми з СЕ: Великий вхідний опір (RВХ.Е» RВХ.Б) Можливість живлення від одного джерела напруги, так як на ба­зу і на колектор подаються напруги живлення одного знаку. Недоліки схеми з СЕ: Низька температурна стабільність схеми (гірша ніж в схе­мі з СБ)

2.3 Схема з загальним колектором. У схемі з СК колектор є спільною точкою входу й виходу, оскільки джерела живлення завжди шунтуються конденсаторами великої ємності і для змінного струму можуть вважатися коротко замкненими.

3. Режим роботи БТ за постійним струмом.

4. Співвідношення між струмами в БТ. Згідно рис.3.3, струм емітера ІЕ має дві складові - електронну Іеп і діркову Іер: Зворотний струм колектора в ланцюзі бази протилежний току рекомбінації Струм колектора має дві складові – керований струм і зворотний струм : З урахуванням рівнянь (3.5) - (3.7) отримуємо

Диференціальний опір колекторного переходу дуже великий (перехід включений у зворотному напрямку.) Диференціальний опір колекторного переходу дуже великий (перехід включений у зворотному напрямку.) У ланцюг колектора можна включати навантаження з досить великим опором RH, практично не змінюючи струм колектора. Диференціальний опір прямозміщеного емітерного переходу дуже малий. При зміні вхідного (емітерного) струму на ∆Iе практично на таку ж величину зростає колекторний струм. Однак зміна споживаної потужності в ланцюзі емітера значно менше зміни потужності у вихідному ланцюзі , тобто транзистор здатний управляти великою потужністю в ланцюзі колектора при невеликих затратах потужності в емітері.

5. Вхідна та вихідна вольт-амперні характеристики БТ. Вхідні характеристики – це залежність вхідного струму (струму бази у схемі з СЕ та струму емітера у схемі з СБ) від напруги між базою та емітером при фіксованих значеннях напруги на колекторі . Ці характеристики мало залежать від UK при UK > 0. Вхідні характеристики мало залежать від розкиду параметрів транзисторів одного типу, але сильно залежать від температури. Підвищення температури призводить до зсуву вхідних характеристик у область нижчих напруг.

а – для схеми з CБ, б – для схеми з CЕ а – для схеми з CБ, б – для схеми з CЕ Рисунок 2.7 – Вхідні статичні характеристики транзистора

Вихідні характеристики – це залежність струму колектора від напруги на колекторі при фіксованих значеннях струму бази в схемі з ЗЕ або струму емітера в схемі з ЗБ . При підвищенні температури вихідні характеристики зміщуються в сторону значних струмів і нахил їх збільшується. По вхідних та вихідних характеристиках можна визначити більшість h – параметрів схем з СЕ та СБ. Максимально допустимі параметри транзисторів обмежують область допустимих режимів роботи транзистора. Вихідні характеристики – це залежність струму колектора від напруги на колекторі при фіксованих значеннях струму бази в схемі з ЗЕ або струму емітера в схемі з ЗБ . При підвищенні температури вихідні характеристики зміщуються в сторону значних струмів і нахил їх збільшується. По вхідних та вихідних характеристиках можна визначити більшість h – параметрів схем з СЕ та СБ. Максимально допустимі параметри транзисторів обмежують область допустимих режимів роботи транзистора.

а – для схеми з CБ, б – для схеми з CЕ а – для схеми з CБ, б – для схеми з CЕ Рисунок 2.8 – Вихідні статичні характеристики транзистора

6. Підсилення сигналів.

Змінна складова пульсуючої напруги Uн відокремлюється з допомогою кон­денсатора С від постійної складової і подається на вихід підсилювача у вигляді змінної напруги Uвих. Змінна складова пульсуючої напруги Uн відокремлюється з допомогою кон­денсатора С від постійної складової і подається на вихід підсилювача у вигляді змінної напруги Uвих. Доведемо, що транзистор підсилює потужність вхідного сигналу. За законом Ома напруга Uвих і Uвх можна подати так: Число, що показує, у скільки разів змінна напруга на виході підсилювача пере­вищує напругу сигналу на вході, називають коефіцієнтом підсилення за напругою і позначають КU Для розглянутої схеми ввімкнення транзистора Опір вхідного кола транзистора можна приблизно вважати рівним опору діля­нки емітер-база (емітерного переходу)rЕ. Значення rЕ у малопотужних резисторів досягає десятків Ом. Коефіцієнт підсилення за потужністю (КР) можна підрахувати за формулою:

Основними показниками транзисторного підсилювача при будь-якій схемі вві­мкнення транзистора являється: Основними показниками транзисторного підсилювача при будь-якій схемі вві­мкнення транзистора являється: Коефіцієнт підсилення за струмом   Коефіцієнт підсилення за напругою Коефіцієнт підсилення за потужністю Вхідний опір

Для розглянутих на рис. 2.1; 2.2; 2.3 схем ввімкнення транзистора коефіцієнт підсилення за струмом, напругою і потужністю визначається наступними виразами. Для розглянутих на рис. 2.1; 2.2; 2.3 схем ввімкнення транзистора коефіцієнт підсилення за струмом, напругою і потужністю визначається наступними виразами. Схема з спільною базою (СБ): Схема з спільним емітером (СЕ): Схема зі спільним колектором (СК):

7. Емітерний повторювач Емітерний повторювач - окремий випадок повторювачів напруги на основі біполярного транзистора. Характеризується високим підсиленням по струму і коефіцієнтом передачі по напрузі, близьким до одиниці. При цьому вхідний опір відносно великий (проте він менший, ніж вхідний опір стокового повторювача), а вихідний — малий.

У емітерному повторювачі використовується схема підключення транзистора зі спільним колектором (СК). Тобто напруга живлення подається на колектор, а вихідний сигнал знімається з емітера. Внаслідок чого утворюється 100 % від'ємний зворотній зв’язок по напрузі, що дозволяє значно зменшити нелінійні спотворення, що виникають при роботі. Слід також відзначити, що фази вхідного і вихідного сигналу збігаються. Така схема включення використовується для побудови вхідних підсилювачів, у випадку якщо вихідний опір джерела великий, а також як вихідні каскади підсилювачів потужності. У емітерному повторювачі використовується схема підключення транзистора зі спільним колектором (СК). Тобто напруга живлення подається на колектор, а вихідний сигнал знімається з емітера. Внаслідок чого утворюється 100 % від'ємний зворотній зв’язок по напрузі, що дозволяє значно зменшити нелінійні спотворення, що виникають при роботі. Слід також відзначити, що фази вхідного і вихідного сигналу збігаються. Така схема включення використовується для побудови вхідних підсилювачів, у випадку якщо вихідний опір джерела великий, а також як вихідні каскади підсилювачів потужності.

Коефіцінт підсилення по струму: Коефіцінт підсилення по струму: Iвих/Iвх=Iе/Iб=Iе/(Iе-Iк) = 1/(1-α) = β [β>>1] Вхідний опір: Rвх=Uвх/Iвх=(Uбе+Uке)/Iб Переваги Великий вхідний опір Малий вихідний опір Недоліки Коефіцієнт підсилення по напрузі менше 1