Тема 4. Бiполярнi транзистори

Тема 4. Бiполярнi транзистори

Лекція 4/1. Будова та основи роботи біполярного транзистора

Загальнi вiдомостi про транзистори

 

Транзистором називається електроперетворювальний напiвпровiдниковий прилад з одним або декiлькома електричними переходами, здатний для пiдсилення потужностi i маючий три i бiльше виводiв.

Дiя транзистора основана на управлiннi рухом носiїв електричних зарядiв в напiвпровiдниковому кристалi. Найбiльш розповсюдженi транзистори з трьома виводами – напiвпровiдниковi трiоди.

Перша спроба створення транзистора була зроблена в 1938 р. нiмецькими вченими Р.Хiльшем, Р.В.Полем. Але сконструюваний ними пiдсилювальний прилад не знайшов практичного використання, тому що для його роботи була потрiбна температура бiля 600 ⁰С, дiапазон робочих частот не перевищував декiлька герц, а крутизна характеристик була порядку декiлька долей мiлiампера на вольт.

Перший транзистор, який був здатний працювати при звичайних температурах, був винайдений в 1948 р. американцями Дж. Бардiним i В.Браттейном. Вiн являв собою бiполярний точковий германiївий трiод.

В 1949 р. В.Шоклi розробив теорiю транзисторiв на основi теорiї р-n- переходiв i запропонував ряд конструкцiй польових i бiполярних площинних транзисторiв.

Напiвпровiдникова технiка почала швидко розвиватися. До кiнця 1952 р. були розробленi основнi типи транзисторiв: точковий i площинний трiоди, площинний високочастотний тетрод, польовий трiод.

Нинi iснують декiлька сотень типiв транзисторiв, якi мають малi розмiри i масу, здатнi працювати при малих напругах i маючих високу механiчну мiцнiсть i тривалий час експлуатацiї. Завдяки цим властивостям транзистори вигiднi для мiнiатюризацiї апаратури i пiдвищення її економiчностi.

Досягнення в розвитку дискретної напiвпровiдникової електронiки забезпечили виникнення i бурний розвиток на її базi iнтегральної мiкроелектронiки.

 

Класифiкацiя транзисторiв

 

Транзистори класифiкують по рiзним ознакам: по характеру переноса носiїв, по числу р-n- переходiв, по порядку слiдування областей р-n- переходiв, по методам виготовлення, по потужностi, по дiапазону робочих частот i т.iн.

По характеру переноса носiїв зарядiв розрiзняють бiполярнi i унiполярнi (польовi) транзистори.

До бiполярних транзисторiв вiдносяться транзистори з двома взаємодiючими мiж собою електронно – дiрковими переходами. В процесах струмопроходження таких транзисторiв беруть участь основнi i неосновнi носiї зарядiв.

У польових транзисторiв в процесах струмопроходження беруть участь носiї одного знаку. По числу р-n- переходiв транзистори пiдроздiляються на одноперехiднi, двоперехiднi i багатоперехiднi. Найбiльше розповсюдження серед бiполярних транзисторiв одержали двоперехiднi транзистори з трьома виводами.

По порядку слiдування областей р-n- переходiв розрiзняють транзистори типу р-n-р i n-р-n. Принцип дiї обох типiв транзисторiв однаковий, але полярнiсть джерел живлення i напрямок прямих струмiв протилежнi.

По характеру розподiлу атомiв домiшок i руху носiїв зарядiв в середнiй областi (базi) транзистори розподiляються на бездрейфовi i дрейфовi.

По величинi допустимої потужностi, яка розсiюється на електродах транзистора, транзистори пiдроздiляються на малопотужнi (до 0,3 Вт), середньої потужностi (вiд 0,3 до 1,5 Вт) i потужнi (вище 1,5 Вт).

По значенню граничної частоти їх дiлять на низькочастотнi (до 3 МГц), середньої частоти (вiд 3 до 30 МГц) i високочастотнi (вище 30 МГц).

 

Будова i принцип дiї бiполярних транзисторiв

 

Тема 4. Біполярні транзистори

Лекція 4/2. Статичні характеристики біполярного транзистора

Схеми включення БТ

Вплив температури на статичнi характеристики

Бiполярного транзистора

 

При кiмнатнiй температурi iонiзованi всi атоми домiшок i невелика частина атомiв основної речовини напiвпровiдника. Завдяки цьому в емiтернiй, базовiй i колекторнiй областях транзистора забезпечуються необхiднi концентрацiї основних i неосновних носiїв. Зi збiльшенням температури середовища або при нагрiвi транзистора струмами енергiя атомiв основної речовини збiльшується i зростає кiлькiсть генеруємих пар "електрон–дiрка".

В результатi пiдвищення концентрацiї носiїв електропровiднiсть областей транзистора збiльшується i його нормальна робота порушується. Розрахунок i експериментальнi дослiдження свiдчать, що максимальна робоча температура германiєвих транзисторiв лежить в межах вiд +70 до +100 °С. У кремнiєвих транзисторiв внаслiдок бiльшої ширини забороненої зони енергiя, яка необхiдна для iонiзацiї атомiв основної речовини, виявляється бiльшою, нiж у германiєвих, i тому максимальна робоча температура кремнiєвих транзисторiв може складати вiд +125 до +200 °С.

Мiнiмальна робоча температура транзистора визначається енергiєю iонiзацiї домiшкових атомiв i їх концентрацiєю. Звичайно ця енергiя невелика (0,05...0,01 еВ ), i з цiєї точки зору транзистор може працювати при температурi, близькiй до –200 °С. Фактично нижня температура обмежується термостiйкiстю корпуса i допустимими змiнами параметрiв i складає вiд –60 до –70 °С.

 

В схемi з спiльною базою

Температурний дрейф вихiдних характеристик зумовлений змiною струму колектора при змiнi температури. В схемi з СБ вiдповiдно з рiвнянням (1.11) змiна струму колектора при постiйному струмi емiтера .

Вiдносна змiна струму колектора

 

. (1.32)

 

Коефiцiєнт передачi струму емiтера aвiд температури майже не залежить. Внаслiдок цього температурний дрейф вихiдних характеристик за рахунок температурної змiни a незначний.

Друга складова у виразi (1.32) визначає температурний дрейф характеристик, який визивається температурною змiною зворотного струму колектора I _кбо, залежнiсть якого вiд температури описується експоненцiальним законом:

 

, (1.33)

 

де – зворотний струм колектора при температурi Т₂;

– зворотний струм колектора при температурi Т₁.

Для практичних розрахункiв можна вважати, що I _кбозбiльшується вдвiчi з ростом температури на 10 °С для германiєвих транзисторiв i на 8 °С для кремнiєвих транзисторiв. Але вплив цiєї складової в виразi (1.32) на температурний дрейф вихiдних характеристик транзистора виявляється незначним внаслiдок малостi I _кбовiдносно робочого струму колектора I _к. Звичайно I _кбо /I _к = 10–3... 10–6.

Таким чином, вихiднi характеристики транзистора в схемi з СБ мають незначний температурний дрейф.

Значно бiльший дрейф мають вхiднi характеристики. Згiдно з виразом (1.24) вхiдна характеристика описується приблизно рiвнянням:

.

Оскiльки температурна залежнiсть зворотного струму емiтера така ж, як i зворотного струму колектора I _кбо (1.33), то залежнiсть струму емiтера вiд температури має вигляд

. (1.34)

 

Отже, збiльшення температури супроводжується зростанням струму емiтера, що приводить до пiдйому вхiдних характеристик в область бiльших струмiв. Дослiди показують, що характеристики змiщуються на 1...2 мВ при змiнi температури на один градус.

 

 

В схемi з спiльним емiтером

 

Оцiнка впливу температури на струм колектора транзистора в схемi з СЕ при постiйному струмi бази може бути проведена шляхом знаходження повного диференцiалу вiд рiвняння (1.19):

, (1.35)

 

(dI _б = 0, тому що струм бази повинен бути постiйним).

Але b=a/(1-a), тому .

 

 

Отже

.

Якщо вважати, що і , то остаточно одержимо

 

. (1.36)

 

З цього виразу видно, що температурний дрейф вихiдних характеристик в схемi з СЕ в (b+1) раз бiльший, нiж в схемi з СБ. Це являється iстотним недолiком схеми з СЕ.

На рис. показанi вихiднi характеристики транзистора, який включається по схемi з СЕ, знятi при двох температурах.

Вхiднi характеристики транзистора в схемi з СЕ при рiзних температурах показанi на рис.

Збiльшення температури визиває збiльшення струмiв I _кбо i I _брек, якi в колi бази направленi назустрiч один одному. Тому вхiднi характеристики, знятi при рiзних температурах, пересiкаються в областi, яка вiдповiдає малим струмам бази.

 

Вхiдний опiр

, при U ₂ = const (2.2)

являє собою опiр транзистора мiж вхiдними затискачами для перемiнного струму при короткому замиканнi на виходi, тобто в вiдсутнiсть вихiдної перемiнної напруги (U ₂= 0).

При такiй умовi змiна вхiдного струму DI ₁ є результатом змiни лише вхiдної напруги D U ₁. Якби на виходi дiяла перемiнна напруга, то вона за рахунок зворотного зв'язку, який iснує в транзисторi, впливала б на вхiдний струм. В результатi вхiдний опiр був би рiзний в залежностi вiд перемiнної напруги на виходi, яка, в свою чергу, залежить вiд опору навантаження R _н. Але параметр повинен характеризувати лише транзистор (незалежно вiд R _н ) i тому вiн визначається при U ₂ = const(U ₂ = 0 ), тобто при R _н = 0.

Для схеми з СБ вхiдний опiр визначається як

, при U _кб = consti складає десятки–сотнi Ом.

 

В схемi з СЕ

, при U _ке = consti складає одиницi–десятки кiлоом;

Коефiцiєнт передачi струму

, при U ₂ = const (2.4)

показує пiдсилення перемiнного струму транзистором в режимi роботи без навантаження.

Умова U ₂ = const, тобто R _н = 0, i в цьому випадку задається для того, щоб змiна вихiдного струму I ₂ залежала лише вiд змiни вхiдного струму I ₁. Саме при виконаннi цiєї умови параметр буде дiйсно характеризувати пiдсилення струму самим транзистором. Якби вихiдна напруга змiнювалась, то вона впливала б на вихiдний струм i по змiнi цього струму вже не можна було б правильно оцiнити пiдсилення.

Для схеми з СБ

, при U _кб = const

характеризує передачу струму емiтера i для бiльшостi транзисторiв складає 0,95...0,995. В схемi з СЕ , при U _ке = const характеризує передачу струму бази i складає десятки–сотнi;

Вихiдна провiднiсть

, при I ₁ = const (2.5)

являє собою внутрiшню провiднiсть для перемiнного струму мiж вихiдними затискачами транзистора.

Струм I ₂ повинен змiнюватися лише пiд впливом змiни вихiдної напруги U ₂. Якщо при цьому струм I ₁ не буде постiйним, то його змiни приведуть до змiн струму I ₂ i значення буде визначено невiрно.

Величина вимiрюється в сименсах (См) i для схем з СБ складає

, при I _е = const.

В схемi з СЕ

, при I _б = const.

Але провiднiсть в практичних розрахунках використовується значно рiдше, нiж опiр, тому частiше застосовується вихiдний опiр , який вимiрюється в омах або в кiлоомах.

В табл. 1 для схем СБ i СЕ приводяться значення h – параметрiв, причому замiсть використовується вихiдний опiр .

Знаходяться h – параметри по характеристикам для заданої робочої точки згiдно приведених вище формул.

Малосигнальнi h – параметри залежать вiд вибраного режиму роботи транзистора, який задається подачею початкових напруг змiщення на емiтерний i колекторний переходи. Цi напруги визначають положення початкової робочої точки на статичних характеристиках. Для вибраного режиму роботи h – параметри визначають по сiмействам вхiдних i вихiдних характеристик.

 

Параметр	Схема СБ	Схема СЕ
h 11	Одиниці–десятки Ом	Одиниці–десятки кОм
h 12	10^–3–10^–4	10^–3–10^–4
h 21	0,95–0,998 ()	Десятки–сотни ()
h 22	Сотни кОм	Одиниці–десятки кОм

 

Розглянемо загальну методику визначення h – параметрiв транзистора. Насамперед необхiдно переписати систему лiнiйних рiвнянь (2.1) активного чотирьохполюсника згiдно вибраної схеми включення транзистора. При цьому треба пам'ятати, що параметри i визначаються на сiмействах вхiдних характеристик, а параметри i – на сiмействах вихiдних характеристик.

Наприклад, для транзистора n-p-n – типу по схемi з СЕ система лiнiйних рiвнянь (2.1) має вигляд:

 

. (2.6)

 

З цiєї системи рiвнянь треба записати аналiтичний вираз необхiдного h –параметра i умову, при якiй цей параметр визначається.

В даному прикладi, параметри i визначаються з першого рiвняння системи (2.6), а їх аналiтичнi вирази i умови записуються вiдповiдно як

 

, при U _ке = const ()

(2.7)

, при І _б = const

 

а параметри i визначаються з другого рiвняння системи (2.6), з якого записуються вiдповiдно їх аналiтичнi вирази i умови, при яких цi параметри визначаються:

 

, при

(2.8)

, при

На вiдповiдних сiмействах статичних характеристик знаходиться початкова робоча точка (ПРТ), причому ця точка позначається на вхiдних характеристиках для того ж режиму, що i на вихiдних характеристиках.

Нехай для схеми з СЕ ПРТ, наприклад, має координати (I _б ^² i U _ке^²). Знаходимо цю ПРТ на сiмействах вхiдних i вихiдних характеристик вiдповiдно.

Через знайдену ПРТ проводять лiнiю постiйного параметра (ЛПП), яка визначаїться з умови, при якiй обчислюється цей параметр.

В нашому випадку для параметра ЛПП є вхiдна характеристика, яка знята при U _ке, а для параметра – це лiнiя I _б (див. рис.). Для параметра ЛПП – це лiнiя U _ке= const, а для параметра – це вихiдна характеристика, яка знята при I_б = const (рис.).

Перемiщати ПРТ вздовж ЛПП в обидвi сторони вiд точки А до перетину з сусiднiми характеристиками (для – дiлянка ЕD на рис.; для – дiлянка ЕF на рис.) або в межах лiнiйної дiлянки характеристики, якщо вона служить ЛПП (для – дiлянка ВС на рис.; для – дiлянка GН на рис.).

При цьому визначаються необхiднi для обчислення h – параметрiв прирости струмiв i напруг, якi пiдставляються в вiдповiдний аналiтичний вираз (2.7 або 2.8).

В нашому випадку для обчислення маємо (див. рис. 2.2) прирости напруги бази i струму бази ; для маємо прирости напруги бази i напруги колектора D U _ке = .

Для обчислення маємо прирости струмiв i , а для обчислення прирости струму колектора i напруги колектора .

Пiсля пiдстановки знайдених приростiв у вiдповiднi аналiтичнi вирази обчислюються h – параметри, якi визначаються.

Для транзистора, включеного по СЕ, маємо:

 

сотні Ом – одиниці кОм, при ;

10^–3–10^–4, при І _б=const ();

, при U _ке = const ();

, при І _б = const ).

 

i одержанi результати повиннi вiдповiдати даним, якi приведенi в довiдниках.

 

Транзистора

 

При роботi транзистора в рiзних радiотехнiчних схемах в його вхiдне коло поступають сигнали, наприклад, змiннi напруги. Пiд дiєю вхiдної змiнної напруги змiнюються вхiдний i вихiдний струми транзистора.

Одним із найпоширенiших режимiв роботи транзисторiв являється їх робота в пiдсилювальних каскадах. В цьому режимi для одержання корисного сигналу у вихiдне коло транзистора включається навантаження. Падiння напруги на опорi навантаження, яке визивається протiкаючим по навантаженню струмом, знижує значення напруги, яка подається на колекторний перехiд. Внаслiдок цього при подачi на вхiд транзистора змінної напруги вихiдний струм буде змiнюватися як пiд дiєю вхiдної, так i пiд дiєю вихідної напруги, яка взаємозв'язана з вхiдною напругою i водночас із нею змiнюється.

 

Вхiдний опiр

; (3.3)

Вихiдний опiр

; (3.4)

Схема з спiльною базою

 

Схема пiдсилювача, в якiй спiльним електродом транзистора являється база, показана на рис.

В цiй схемi вхiдним електродом служить емiтер. В його коло включається джерело Е _еi резистор R _е, якi забезпечують необхiдну пряму напругу на емiтерному переходi (U _ебо ) i струм емiтера (I _ео) в режимi спокою (iндекс "0" в позначеннях U _еб i I _евказує на те, що на емiтер вхiдний сигнал ще не подається).

На вхiд пiдсилювача через перехiдний ланцюг, який складається з роздiльного конденсатора С _р1 i резистора R _е подається сигнал вiд генератора з ЕРС е_г i внутрiшнiм опором R _г. Якщо ЕРС генератора сигналу змiнюється по синусоїдальному закону , то на резисторi R _е видiлиться напруга U _вх = U_{m вх} sin t, причому внаслiдок падiння напруги на внутрiшньому опорi R_г U_{m вх} < E_m. Напруга U _вхпiдводиться безпосередньо до дiлянки емiтер-база, тому можна позначити U_{m вх} = U_me, а U _вх = U _еб.

Коло колектора складається з резистора навантаження R _к i джерела постійної напруги Е _к. Робота пiдсилювача пояснюється епюрами, показаними на рис..Початковий струм спокою I _ко утворює на R _к падiння напруги I _ко R _к, тому напруга на колекторi в режимi спокою буде менше напруги Е _к (рис.д) i визначається з умови

U _кб = Е _к – I _к R _к. (3.8)

Пiд дiєю вхідної напруги ( ) пряма напруга на емiтерному переходi змiнюється (рис. б), що супроводжується змiною струмiв емiтера i колектора (рис. в,г).

Якщо робота вiдбувається на лiнiйних дiлянках характеристик транзистора, то форми перемiнних складових струму емiтера i колектора збiгаються з формою вхідної напруги: ,

Напруга колектора залежить вiд струму колектора i згiдно з виразом (3.8) також змiнюється по синусоїдальному закону:

.

Змiнна складова цієї напруги через роздiльний конденсатор поступає на вихiд пiдсилювача. При певному виборi опору резистора R _к амплiтуда вихідної напруги U_{m вих} = I_{m к} R _к (рис. е) буде бiльша амплiтуди сигналу, який поступає на вхiд пiдсилювача (рис. а). Це свiдчить про пiдсилення сигнала по напрузi в схемi з СБ. При цьому в схемi з СБ фази вихiдної i вхiдної напруг збiгаються.

Для визначення основних показникiв транзисторного пiдсилювача (див. рис.) представимо його у виглядi еквівалентної схеми. В цiй схемi .

Але тому , отже, можна вважати, що I _вх I _е.

Визначимо вказанi в п.3.2 основнi показники при схемi включення транзистора з СБ.

Вхiдний опiр

 

 

(3.9)

 

Оскiльки величина опорiв i незначна, вхiдний опiр каскаду з СБ досить низький (одиницi-десятки Ом).

Вихiдний опiр

. (3.10)

Вхiдний опiр

(3.21)

Вихiдний опiр в схемi з СК R _вих залежить вiд вибраного режиму роботи (вiд величини струму емiтера I _е) i для типового режиму роботи (струм емiтера одиницi-десятки мА) складає одиницi - десятки Ом.

Бiполярних транзисторiв

 

В каскадах з транзисторами використовують звичайно живлення вiд одного джерела - джерела вихiдного кола, яке в подальшому (як i в попереднiх схемах) позначається Е _к. Для нормального режиму роботи транзистора необхiдно, щоб мiж емiтером i базою була постiйна напруга в десятi частки вольта (змiщення бази).

Струм емiтера, який протiкає по дiлянцi емiтер-база, утворює на нiй деяке падiння напруги, але його не досить, i режим роботи транзистора без додаткового змiщення виявляється ненормальним (струми занадто малi). Необхiдно подати деяку напругу змiщення вiд джерела живлення колекторного кола Е _к. Це виконують за допомогою резистора або дiльника. На рис. приведена типова схема подачi змiщення на базу.

В даному каскадi зі СЕ постiйний струм бази I _бо проходить через резистор R, на якому гаситься майже вся напруга Е _к(iндекс "0", як i ранiше, позначає, що вхiдний сигнал на схему ще не подається). Невелика частка напруги падає на дiлянцi база-емiтер i являється змiщенням бази

U _ебо = Е _к – I _бо R.. (3.26)

 

З цього виразу легко визначити величину опору резистора R:

. (3.27)

Звичайно U _бе << Е _к, тому

. (3.28)

Оскiльки струм бази I _бо не залежить вiд параметрiв транзистора, то таке змiщення називають змiщенням за допомогою фiксованого струму бази. Але в данiй схемi важко забезпечити заданий режим спокою при замiнi транзистора з нормальним промисловим вiдхиленням параметра без змiни опору резистора R. Так, наприклад, транзистор ГТ311Ж може мати коефiцiєнт пiдсилення по струму в межах вiд 50 до 200. А для рiзних же коефiцiєнтiв пiдсилення треба подавати рiзнi базовi струми змiщення. Якщо ж струм бази I _бо не залежить вiд властивостей транзистора (про що свiдчить формула 3.28), то при замiнi транзистора струм колектора

може змiнюватися в чотири рази i початкова робоча точка може опинитися або в областi насичення, або на межi режиму вiдсiчки. Другий недолiк цієї схеми заключається в тому, що в нiй не враховується вплив змiни температури на параметри транзистора. Дійсно, значення струму I _кбо приблизно подвоюється при збiльшеннi температури на 10^о. Це приводить до зростання струму колектора. Тому схема з змiщенням за допомогою фiксованого струму бази використовується рiдко.

На рис. показана подача напруги змiщення за допомогою дiльника R ₁ R ₂ в каскадi з СЕ.

В цiй схемi значна частина напруги Е к падає на резисторi R ₁, а невелика частина, яка являється напругою змiщення U _бео, падає на резисторi R ₂, який пiдключається паралельно входу транзистора. Опiр резисторiв R ₁i R ₂можна легко визначити по формулам

(3.29)

де I _д - струм самого дiльника.

Спосiб подачi напруги змiщення за допомогою дiльника використовується досить часто, але вiн менш економiчний, тому що джерело повинне створювати додатковий струм I _д, який марно грiє резистори R ₁ i R ₂.

Крiм того, в розглянутiй схемi резистор R ₂ дуже помiтно зменшує вхiдний опiр каскада, тому що пiдключається паралельно входу транзистора.

Щоб одержати бiльш стабiльну напругу змiщення, необхiдно збiльшити струм дiльника I _д. Тодi розподiл напруг на резисторах дiльника буде мало залежати вiд струму бази, який протiкає через один з резисторiв дiльника. Але для економії енергії джерела Е _кструм I _д встановлюють лише в 3...5 разiв бiльший, нiж I _бо. Роздiлювальний конденсатор С _рв схемах служить для подачi на вхiд транзистора перемінної напруги, яку необхiдно пiдсилити. Щоб втрата цієї напруги на конденсаторi С _рбула малою, його ємносний опiр для самої низької частоти повинен бути достатньо незначним.

Ємнiсть цього конденсатора на низьких частотах повинна дорiвнювати одиницям i навiть десяткам мiкрофарад. Саме тому для роздiлювальних конденсаторiв вибирають малогабаритнi електролiтичнi конденсатори.

В схемах на рис. 3.14 та 3.15 роздiлювальний конденсатор запобiгає попаданню на вхiд транзистора постiйної напруги, якщо вона iснує в джерелi коливань. Крiм того, в цих схемах у вiдсутнiсть С _рi незначному внутрiшньому опорi джерела коливань база i емiтер були б короткозамкненими по постiйнiй напрузi i тодi U _бе була б близькою до 0. Ємнiсть С _р розраховується за умови, що опiр на самiй низькiй частотi повинен бути в багато разiв меншим вхiдного опору транзистора:

. (3.30)

Тодi втрата вхідної напруги на конденсаторi С _р буде малою.

Практично достатньо такої умови:

. (3.31)

Звiдси одержимо

. (3.32)

Якщо виразити С _рв мiкрофарадах, то одержимо формулу для її розрахунку C _р:

. (3.33)

В цих формулах i найнижчi частоти.

Для схеми з дiльником замiсть R _вхтранзистора в формулу (3.33) необхiдно пiдставляти опiр R _вх ’, який еквiвалентний паралельно включеним R _вхi R ₂, тобто

. (3.34)

По формулi (3.33) аналогiчно можна розрахувати ємнiсть конденсатора C, який шунтує джерело живлення Е _к:

. (3.35)

Тодi вся вихiдна напруга практично буде видiлятися на навантаженнi R _к i втрата цiєї напруги на дiлянцi Е _к буде незначною.

Iстотним недолiком транзисторiв є значна залежнiсть їх характеристик i параметрiв вiд змiни температури. Пiдвищення температури приводить до збiльшення струмiв i режим роботи транзисторiв порушується. Для боротьби з цим неприємним явищем служать рiзнi методи стабілізації. У схему вводять стабiлiзуючi елементи, якi забезпечують вiдносну сталiсть режиму при змiнi температури або замiнi транзистора. Проте необхiдно мати на увазi, що цi схеми стабiлiзують лише положення робочої точки, але не усувають вплив температури на властивостi транзистора i на процеси, якi в ньому вiдбуваються. Саме тому змiна температури все ж приводить до змiни параметрiв транзисторiв. Таким чином, стабiлiзацiя режиму лише частково усуває пiслядiю шкiдливого впливу температури.

На рис. показана одна з найбiльш поширених найпростiших схем стабiлiзацiї режиму каскада з СЕ, який бiльше iнших схем схильний до впливу температури. В так званiй схемi колекторної стабiлiзацiї резистор R, який забезпечує необхiдне змiщення на базi, пiдключається не до джерела Е _к, як в схемi на рис., а до колектора.

Якщо вiд розiгрiву або замiни транзистора струм I _кзростає, то збiльшується падiння напруги на R _к, а напруга U _ке вiдповiдно зменшиться. Але тодi зменшиться i напруга U _бе, що приводить до зменшення струму I _к. Таким чином, одночасно вiдбуваються протилежнi змiни цього струму i в результатi вiн залишається майже постiйним.

Розглянута схема являється найпростiшою i економiчною, але дає хорошу стабiлiзацiю лише в тому випадку, якщо на резисторi навантаження падає не менше половини напруги джерела Е _к. Крiм того, в данiй схемi вiдбувається деяке зниження пiдсилення внаслiдок того, що частина пiдсиленоє напруги передається через резистор R на вхiд пiдсилювача з фазою, яка протилежна фазi пiдсилюваної напруги, тобто виникає негативний зворотний зв'язок.

Бiльш складною i менш економiчною являється схема емiтерної стабілізації, яка показана на рис.

Вона вимагає джерела Е _к з бiльш високою напругою, але по своїм стабiлiзуючим властивостям значно перевищує попередню схему. Резистори R ₁ i R ₂ створюють дiльник напруги для одержання напруги змiщення на базi, а резистор R_е у виводi емiтера являється стабiлiзуючим. Падiння напруги на цьому резисторi дiє назустрiч напрузi i тому напруга змiщення бази . Резистор R ₃ створює негативний зворотний зв'язок по постiйному струму. Якщо пiд впливом температури струми в транзисторi збiльшуються, то вiд пiдвищення струму I _ео збiльшується напруга i вiдповiдно зменшується напруга змiщення на базi U _бео, а це приводить до зменшення струмiв.

В результатi такої змiни струми в протилежнi сторони змiнюються незначно i режим являється бiльш стабiльним.

Щоб резистор R ₃ не створював негативний зворотний зв'язок по перемiнному струму, вiн шунтується конденсатором досить великої ємностi.

Опiр цього конденсатора на самiй низькiй частотi повинен бути в багато разiв меншим опору резистора R ₃. Конденсатором С ₃служить електролiтичний конденсатор, ємнiстю в десятки мiкрофарад (в каскадах пiдсилення низької частоти). Емiтерна стабiлiзацiя працює добре незалежно вiд опору навантаження R _к, причому тим краще, чим бiльший струм дiльника I _д i опiр резистора R ₃. Але оскiльки напруга є частиною Е _к, то надмiрне збiльшення R ₃приводить до необхiдностi значного пiдвищення Е _к, що невигiдно. Якщо знехтувати напругою U_бе порiвняно з iншими напругами, визначення опорiв резисторiв для схеми емiтерноє стабiлiзацiї здiйснюють по таким приблизним формулам:

. (3.36)

При цьому падiння напруги на резисторi R ₃ складає звичайно =(0,1....0,25) Е _к, а струм дiльника вибирають в (3...5) разiв бiльшим струму I _бо. Обидвi схеми стабiлiзацiї можна об'єднати в одну i тодi стабiлiзацiя буде ще краща (схема колекторно-емiтерної стабiлiзацiї на рис.).

В багатьох випадках висока стабiльнiсть пiдсилення не потрiбна i тому стабiлiзацiя при цьому не обов'язкова. Живлення вiд одного джерела i стабiлiзацiя режиму можуть застосовуватися також при включеннi транзистора по схемам СБ i СК.

 

 

Глава 5. Тиристори

 

Тиристор - це напiвпровiдниковий прилад з трьома i бiльше р-n -переходами, в вольт-ампернiй характеристицi якого iснує дiлянка негативного диференцiального опору i який використовується для переключення. В залежностi вiд числа зовнiшнiх виводiв розрiзняють двохелектродний прилад - динiстор, трьохелектродний - тринiстор i чотирьохелектродний - бiнiстор. Умовне графічне позначення таких напівпровідникових приладів показано на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Умовне графічне позначення диністора (1), симетричного диністора (2), триністора з управлінням по катоду (3) и ан