Штатное использование - при обратном включении.

Стабилитроны выпускаются на определенное значение стабилизации

КС 561 (5.6 В)

Д 814А (8.2 В)

и т.д.

Более устойчивые - кремневые стабилизаторы.

Иногда их используют не в штатном режиме, а в области прямых напряжений.

 

 

Штатный рабочий участок - от начала электрического пробоя - при U _ст.мin до U _ст.мах.

Uст.мах ограничено допустимой рассеиваемой мощностью

Р_доп = I_ст.махU_ст.мах

Р_А должно быть < Р_доп

Характеризуется стабилитрон динамическим сопротивлением (r _d -сопротивление переменному току). Оно определяется для конкретной рабочей точки

r _d = dU_cт/dI_cт в ИРТ А

На рабочем участке СД r _d =const

r _d -параметр стабилитрона

Ток стабилитрона в различных ИРТ разный, поэтому сопротивление постоянному току R₌ параметром не является.

R_=А=U_cт / I_cт

Если I_A1=IA/2, то R_=А1 > R_А в 2 раза

Стабилитрон тем лучше, чем меньше r _{d .}

Для маломощных стабиливольтов r _d составляет единицы, десятки Ом, а R₌ >> r _d .

 

Барьерная емкость p- n- перехода

 

p- n - переход можно рассматривать как конденсатор, обкладками которого является р и n области монокристалла, а диэлектриком - обедненный СНЗ участок между ними (собственно p- n - переход).

В кристалле с обеих сторон границы есть 2 слоя разнополярных неподвижных ионов примесей.

В p- n - переходе сопротивление R большое, а при обратных напряжениях – очень большое.

Ширина перехода - аналог расстояния между обкладками конденсатора.

Изменение U_обр изменяет ширину p- n - перехода и величину пространств. заряда и барьерную разность потенциалов

↑d => уменьшается C

Эта емкость есть и при прямом включении, и ее значение даже больше. Но при прямом включении R самого перехода (эквивалент диэлектрика) мало.

 

 

Параметрический стабилизатор

Напряжение

Rб - баластное сопротивление.

Параметрический стабилизатор - это по сути нелинейный делитель U.

Рассмотрим работу положив, что R_н=∞, т.е. в режиме холостого хода.

Решение задачи сводится к определению распределения U₁ между R_б и стабилитроном.

В режиме холостого хода они соединяются последовательно, I_б=I_cт.

Задача решается графо-аналитически, для этого в системе координат ВАХ стабилизатора надо построить ВАХ R_б; учитывая, что цепь последовательная, пересечение ВАХ даст значения U_ст0, I_cт0.

В собственной системе координат ВАХ R_б проходит через начало координат.

 

 

↑U_обр=>↑P=U_обрI_обр;(↑U_обр)=> ↑ t ^о =>↑ННЗ (т.к. поле ускоряющее)=>↑I_Б=>↑I_обр

 

 

I_R, А

U_R, B

 

 

Очевидно нужно выполнить задачу преобразования координат, учитывая, что Rб линейно, его ВАХ будет прямой и для построения нужно знать 2 точки.

Координаты этих точек можно получить обрабатывая выражение из 2 з. Кирхгофа нашей цепи.

E=IσRσ+Uст; Urδ=IσδRσ

Iδ=Icт=I

Преобразовать координаты- выразить координату Urδ через значение Uст.

I=(E-Uст) / Rσ

 

U2-? U1=Е

I’=(E-Uст) / Rσ, при Uст=0

I’=E/Rσ

I’’=0 при Uст=Е

Пусть, Е получило приращение ∆Е, а значит: U1+=U1+∆U

Построенное ВАХ является нагрузочной прямой стабилизатора, пересечение с характеристикой стабилизатора даст значение U2.

Видно, что ∆Е - значительно, а ∆U2-мало, что позволяет сказать, что оно приблизительно постоянное.

Аналогичные выводы можно сделать путем анализа при Rn=∞.

Для этого предварительно следует построить результирующюю ВАХ стабилизатора и RH, включенного с ним паралельно.

 

 

Биполярный транзистор

Это полупроводниковый прибор, построенный на базе двух или более взаимодействующих p-n переходов, заключенных в защитный корпус и снабженный выводами для соединения с внешней цепью.

В дальнейшем под БПТ будем понимать полупроводниковый триод, у которого 2 взаимодействующих p-n перехода. Транзисторы бывают двух типов: p-n-p и n-p-n.

 

Чтобы изготовить p-n-p БПТ берут очень тонкую пластину полупроводника с n ‑ проводимостью и легируют её с двух сторон акцепторной примесью очень большой концентрации, причем концентрация этой примеси с разных сторон пластины несколько различается.

В результате образуется два несимметричных p-n перехода. Там, где концентрация примесей оказалась меньше – коллектор, а там где больше– эмиттер.

Область между переходами отличается очень малой концентрацией примесей и имеет повышенное сопротивление по сравнению с периферийными областями. Ширина базы очень мала (~0,001 мм).

При использовании БПТ для усиления электрических сигналов на коллектор всегда подается U_обр, а на эмиттер – U_прям.

Любой усилитель – это четырехполюсник, однако у транзистора только 3 электрода. Поэтому, чтобы использовать его как четырехполюсник, один электрод должен быть общим и для входной и для выходной цепи. Различают три схемы включения БПТ: с общим эмиттером, общим коллектором и общей базой.

 

Схема с общим эмиттером

 

Электрод можно считать общим, если разность потенциалов между ним и общим проводом равна 0.

I_Э= I_К+I_Б – основное уравнение транзистора.

 

Схема с общей базой

Ток эмиттера самый большой, ток базы очень мал, а ток коллектора несколько меньше, чем ток эмиттера.

Схема с общим коллектором

 

В любой схеме включения эмиттерный переход всегда связан со входной цепью.

Ток коллектора определяется током базы:

I_К=bI_Б

Если есть ток базы и есть источник питания коллектора, то связь между ними определяется через b - интегральный коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером.

b= I_К / I_Б >> 1

I_К = b × I_Б

α – интегральный коэффициент передачи по току в схеме с общей базой.

α<1; α= I_К/ I_Э =b/(1+b)

Статические ВАХ БПТ

Статическая вольт-амперная характеристика БПТ – это зависимость между током и напряжением между парой электродов при постоянном значении токов и напряжений других электродов. Различают входные и выходные ВАХ. Чаще всего применяются входные ВАХ при постоянном значении U_вых и выходные ВАХ при постоянном значении I_вх.

Входные ВАХ БПТ с ОЭ

При U_КЭ1=0 остается только один p-n переход. При увеличении U_КЭобр до U_КЭ2 увеличивается ширина коллекторного перехода (т.к. в базе меньше примесей), а следовательно увеличивается сопротивление базы, т.е. уменьшается ток базы I_Б.

В базе происходит рекомбинация неосновных носителей, которые получаются благодаря инжекции ОНЗ из эмиттера в базу при увеличении U_пр на ЭП. Сопротивление базы увеличивается более резко, чем уменьшается I_БЭ. В результате падение напряжения на базе увеличивается и при неизмененном значении U_БЭ уменьшается напряжение, прикладываемое непосредственно к эмиттерному переходу.

Выходные ВАХ

I_К=f (U_КЭ), I_Б=const

Для конкретности будем рассматривать транзистор типа p-n-p. При I_Б=0 эмиттерный переход равновесный и на ток коллектора влияния не оказывает. ВАХ при этом является ВАХ обратно смещенного коллекторного перехода: ток коллектора является током ННЗ, зависит от температуры и неуправляемый. Увеличим ток базы: I_Б≠0. Для этого на ЭП надо подать прямое напряжение. Это приведет к понижению потенциального барьера, тормозящее поле в переходе уменьшится, а диффузия ОНЗ из эмиттера в базу увеличится. В базе ОНЗ, инжектированные из эмиттера, становятся ННЗ. Их концентрация наиболее высока возле ЭП. В базе появляется избыточный положительный заряд М, а в эмиттере такой же отрицательный заряд М свободных электронов. Под влиянием источника, обеспечивающего U_БЭ, эти заряды выводятся из эмиттера и вводятся в базу. Под влиянием градиента разности концентраций М пар электронов и дырок диффундируют к КП. В базе происходит рекомбинация m пар электронов и дырок (m << M, т.к. база очень тонкая). Для ННЗ базы (т.е. для дырок), которые получились за счет инжекции из эмиттера, поле КП – ускоряющее. Для компенсирующих (т.е. электронов) это поле тормозящее. В результате из базы выводится (M-m) ОНЗ, а в коллектор поступает (M-m) дырок. Благодаря полю источника питания, создающего разность потенциалов U_КЭ, заряды перемещаются, образуя ток коллектора. Очевидно, что с увеличением тока базы увеличивается и ток коллектора.

При значениях |U_КЭ| < |U_БЭ| напряжение на КП прямое и ток коллектора изменяется резко – это нерабочий участок ВАХ.
Малосигнальные, дифференциальные h-параметры БПТ

Это параметры, связывающие переменные составляющие тока и напряжения, т.е. параметры по переменному току.

В целом, БПТ – нелинейный элемент, однако если рассмотреть ВАХ БПТ, в окрестности некоторой точки, то ВАХ на бесконечно малом участке можно считать линией и зависимость между приращениями (Δ) I и U будет линейной.

Δ можно рассмотреть как переменные составляющие тока и напряжения, т.е. приращения относительно их значений в исходной рабочей точке (ИРТ). A – рабочая точка с координатами (I_k0,U_k0).

В этом случае БПТ – линейный четырехполюсник. БПТ обладает реактивностью, благодаря чему параметры зависят от частоты, и для анализа используется U∙ sin I. Расчет ведется в комплексной форме.

В сравнительно большом диапазоне частот влияние реактивности БПТ практически нет, поэтому сопротивление носит активный характер. Точки (•) можно убрать.

- входное сопротивление переменному току при коротком замыкании на выходе по переменному току;

- коэффициент усиления (передачи) по переменному току при коротком замыкании на выходе по переменному току;

- коэффициент внутренней обратной связи при холостом ходе на входе по переменному току.

Экспериментально: на выход подают U_~, входную цепь по переменному току размыкают и измеряют U_вх.

- выходная проводимость в режиме холостого хода на входе по переменному току.

При выводе не оговаривалась схема включения БПТ. В зависимости от схемы включения h-параметры снабжаются индексами: h_ijЭ, h_ijБ, h_ijК.

Можно составить схему замещения БПТ в h-параметрах. Для любой схемы замещения структура будет одинаковой, но обозначения электродов, токов, напряжений и параметров h_ij будут соответствовать схеме включения.

Между h-параметрами для одного и того же БПТ, включенного в разных схемах, но при условии одинакового режима по постоянному току, существует взаимосвязь: