Основные режимы работы биполярных транзисторов.

Эффект Миллера

Эффект Эрли

 

Эффект Эрли заключается в том, что изменение напряжения между коллектором и эмиттером влечет изменение напряжения между базой и эмиттером.

Усилитель обладает некоторым коэффициентом усиления по напряжению Кu, следовательно, небольшой сигнал напряжения на входе порождает на коллекторе сигнал, в Кu раз превышающий входной (и инвертированный по отношению к входному). Волна проходит через конденсатор, попадает на базу и уменьшает входной сигнал. Из этого следует, что для источника сигнала емкость Скб в (Кu +1) раз больше, чем при подключении Скб между базой и землей. Эффект Миллера часто играет основную роль в спаде усиления, так как типичное значение емкости обратной связи около 4 пкФ соответствует (эквивалентно) емкости в несколько сотен пикофарад, присоединенной на землю.

 

Эксплуатационные параметры:

· Граничная частота – та частота, на которой коэффициент увеличения равен 1. Выше этой частоты транзистор усиливать не может.

· Обратные токи эмитерного и коллекторного p-n-переходов.

· Внутренние ёмкости эмитерного и коллекторного p-n-переходов.

· Максимальные параметры коллектора :

 

1. Активный режим: эмиттер p-n включён в прямом, коллектор в обратном. Дырки из эмиттера переходят в базу, т.к. эмиттерный переход смещён в прямом направлении. Концентрация дырок в базе на границе с эмиттером резко увеличивается и дырки диффузируют через базу в область с более низкой концентрацией, т.е. к коллекторному переходу. Основной усилительный режим.
2. Инверсный режим: в этом режиме эмиттерный переход смещён в обратномнапрвлении, коллекторный – в прямом. Обладает меньшим коэффициентом усиления и низким допустимым напряжением источника питания, т.к. запертый эмиттерный переход не рассчитан на высокое напряжение.
3. Режим насыщения: оба p-n перехода транзистора включают в прямом направлении. Токи насыщения коллектора и эмиттера обусловлены движением основных носителей, т.к. концентрация основных >> не основных, то ; считают, что в режиме отсечки транзистор закрыт, а в режиме насыщения полностью открыт.

 

1. Режим отсечки: оба p-n перехода транзистора включают в обратном направлении. Обратные токи коллектора и эмиттера обусловлены движением неосновных носителей зарядов.

При режиме насыщения рассеиваемая мощность равна 1,2Вт, при режиме отсечки – 0,6Вт, а при мгновенном переключении рассеиваемая мощность =1Вт, а передаваемая (полезная) =90Вт.

Чередование режимов отсечки и насыщения используется в ключевых усилителях и прелбразователях напряжения с целью увеличения КПД. Когда транзистор открыт, напряжение на нём мало, ток максимален – рассеиваемая мощность невелика. Когда транзистор закрыт, напряжение максимальное, ток очень мал (только ток утечки) – рассеиваемая мощность ещё меньше. Максимальная мощность на транзисторе рассеивается, когда напряжение и ток равны половине максимальных значений. Делая время переключения минимально возможным, мы можем уменьшить эту составляющую рассеивания на транзисторе и увеличить КПД.

Характеристики транзисторов

Выходная (коллекторная характеристика)

 

I_К=f(U_КЭ) при I_Б = const

 

 

Участки: I – крутой, II – пологий, III – участок теплового пробоя.

Основным является II (усилительный) участок. На нём транзистор можно представить как управляемый источник тока.

Наклон пологого участка: при ↑U_КЭ => ↑φ₀ => ↑ объёмный заряд => ↑ ширина двойного слоя => ↓ эффективная ширина базы => ↓ вероятность рекомбинации => ↑ I_К.

, ,

Для увеличения I_Б надо увеличить U_БЭ:

I-участок ,

Пусть мы будем уменьшать U_КЭ при U_БЭ = const, когда U_КЭ = U_БЭ = U_{КЭ НАС}, при дальнейшем уменьшении U_КЭ, U_КБ сменит знак – коллекторный переход встал под прямое напряжение.

 

Возникает диффузия дырок из коллектора в базу, следовательно уменьшается ток I_К, транзистор теряет усилительные свойства.

I участок используется в ключевом режиме транзистора. U_КЭН ≈ 0.2 ÷ 1 В

III участок – участок теплового пробоя. Если увеличится U_КЭ энергии электрического поля станет достаточно для ударной ионизации, нерабочий участок.

Входная характеристика

Семейство кривых I_Б = f(U_БЭ) при U_КЭ = const

I_Б = I_К + I_Э

Входная характеристика - ВАХ двух параллельно включенных p-n переходов.

 

При U_КЭ = 0 на ЭБ и БК U_ПРЯМОЕ.

При U_КЭ > U_КЭН на ЭБ – U_ПРЯМОЕ, на БК – U_{ОБРАТНОЕ}.

При U_БЭ = 0 I_Б = I_КБО

I_Б = I_К - I_Э = (1-α) × I_Э - I_КБО из (2)

- сопротивление базы – входное дипольное сопротивление транзистора