Статические вах пт с управляющим р -n переходом

 

1. Статическая стоковая характеристика

 

Ic = f(Uc) при U_ЗИ = const, см.рис.9.7

 

Рис. 9.7 Стоковая характеристика

 

 

При U_ЗИ < U_пор - транзистор закрыт, и его ВАХ подобна обратной ветви полупроводникового диода (нижняя кривая на рис.9.7).

Она практически совпадает с осью напряже­ний, отклоняясь от нее в области электрического пробоя.

 

При U_3И = 0 и малых значениях U_СИ ток стока изменяется прямо пропорционально с изменением на­пряжения (участок АБ).

В точке БВ из-за заметного сужения стокового участка канала и уменьше­ния его общей проводимости намечается некоторое отклонение характеристики от прямой линии.

На участке БВ существенное сужение стокового участка канала и значи­тельное уменьшения его общей проводимости вызывают замедление роста тока I_С с увеличением U_{С И}.

В точке В, при U_{СИ нас} ток стока достигает величины I_{С нас} и в дальнейшем остается почти неизменным.

 

2. Статическая стоко-затворная характеристска

 

Ic = f(Uзи) при Uси = const. рис. 9.8

 

 

 

Рис. 9.8Cтоко-затворная характеристска

 

Нормальный режим работы транзистора при U_СИ > U_СИнас.

Прямое включение p-n перехода не применяется т.к. при этом происходит инжекция неосновных носителей и входное сопротивление транзистора резко падает, теряется основное достоинство полевого транзистора - высокое входное сопротивление.

 

Основные параметры:

1. Начальный ток стока I_cнач приU_зи = 0
2. Напряжение отсечки U_ОТС при котором ток стока I_c=0
3. Крутизна стоко-затворной характеристики

 

S = DI_С /DU_ЗИ [мА/В], при U_С = conct

 

*************

Флеров А.Н. курс “ Физические основы микроэлектроники, Электроника ”

Для самостоятельного изучения из №2, исправлена нумерация раздела 11.

 

Содержание

 

7. Схемы включения транзистора. 10

7.1 Схема с ОБ. 10

7. 2 Схема с ОК.. 11

7.3. Схема с ОЭ.. 12

8. Статические характеристики для схемы с ОЭ.. 13

8.1 Входная характеристика. 13

8.2 Выходная характеристика. 13

9. Системы малосигнальных параметров БТ. 14

10. Динамические характеристики БТ. 16

10.1 Выходная динамическая характеристика (для схемы ОЭ) 16

10.2 Входная динамическая характеристика. 17

11 Импульсный режим работы БТ (ключевой режим) 18

11.1. Транзистор в ключевом режиме работы. 18

11.2. Запирание транзистора (режим отсечки) 18

11.3 Режим отпирания (насыщения) 19

11.4 Переходные процессы в схеме ключа. 19

 

Схемы включения транзистора

Транзистор может быть включен в усилительный каскад тремя различ­ными способами: по схеме с общей базой (ОБ), сообщим эмиттером (ОЭ), и с общим коллектором (ОК).

Такая терминология указывает, какой из электродов транзистора является общим для его входной и выходной цепе й. Различные схемы включения имеют различные свойства, но принцип усиления у них одинаков.

Схема с ОБ

Эта схема ( рис.1) рассматривалась нами выше для поясне­ния принципа работы транзистора.

Входной сигнал прикладывается к выводам эмит­тера и базы, а источник питания U_Kи нагрузка R_Hвключены между выводами коллектора и базы. Усилительный каскад, собранный по схеме с ОБ обладает малым входным сопротивлением (единицы Ом) и большим выходным сопротивлением (1-10 МОм).

Рис.1 схема с ОБ

 

При отсутствии переменного входного сигнала (U_ВХ =0) через транзистортекут токи покоя-Iоэ, Iок, т.к базо-эмиттерный переход открыт напряжением смещения Е_см, на делителе напряжения R_б1 и R_б2 (статический режим работы)

При подаче на вход транзистора последовательно с напряжением E_см переменного входного напряжения U_вx ток I_э становится также переменным, повторяющим по форме входное напряжение.

При этом будет изменяться количество электронов вводимых из эмиттера в базу (для транзистора n-p-n), а следовательно, и ток коллектора 1_К в цепи коллектора.

Этот ток, проходя по сопротив­лению нагрузки R_H, создает на нем переменное напряжение, также повторяющее по форме входной сигнал.

Переменная составляющая выходного на­пряжения U_H отделяется с помощью конденсатора С от постоянной состав­ляющей и подается на выход усилителя (переменное напряжение Uвых).

В схеме с ОБ полярности входного и выходного сигналов совпадают.

Коэффициенты усиления по току, напряжению и мощности схемы с ОБ были рассмотрены выше.

Схема с ОК

В схеме с ОК ( рис.2 ) входным током является I_б, авы­ходным током, протекающим по нагрузке – I_Э.

 

Рис.2 Схема с ОК

 

В отличие от схемы с ОБ, схема с ОК усиливает сигнал по току.

Коэффициент усиления по току (в системе h-параметров - h_21к) для этой схемы равен:

 

К_I =DI_э/DI_б =DIэ/(DI_э-DI_к)=1/(1-DI_к/DI_э)=1/(1- a) > 10 (1)

 

Входное сопротивление R_вх схемы с ОК очень велико (десятки - сотни кОм),

а выходное R_вых - мало (десятки - сотни Ом)

 

Коэффициент усиления по напряжению К_и < 1 (0,9 - 0,95);

Коэффициент усиления по мощности К_Р порядка 10-100.

 

Схема применяется в основном для согласования сопротивлений между отдель­ными каскадами усилителя или между выхо­дом усилителя и низкоомной нагрузкой.

Схема с ОК не изменяет полярности выход­ного сигнала.

Схема с ОЭ

Наиболее распространенная схема включения БТ (рис.3).

Входной сигнал прикладывается к выводам эмиттера и базы, а источник пита­ния коллектора, и последовательно соединенное с ним R_H, включены между выводами эмиттера и коллектора.

Таким образом, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей.

 

 

 

Рис.3 Схема с ОЭ

 

Особенностью схемы с ОЭ является то, что вход­ным током является I_Б. Поэтому входное сопро­тивление каскада с ОЭ R_6X значительно выше, чем входное сопротивление каскада с ОБ, и составляет сотни Ом.

Выходное сопротивление R_ВЫХ в схеме с ОЭ также доста­точно велико - десятки кОм.

Важнейшим достоинством схемы с ОЭ является большое усиление по току (10-100):

КI = DIк/DI_б (2)

Обычно КI обозначают буквой b (в системе h- параметров - h_21Э).

 

b=DIк/DI_Б=DIк/(DI_Э-DIк)=1/(DI_Э/DI_К)-1 (3)

 

помня, что a =DI_К/DI_Э

b =a/1-a (4)

Коэффициент усиления по напряжению для схемы с ОЭ имеет приблизительно такую же величину, как и в схеме ОБ

 

DU_вых= DI_K R_н

K_U= DI_K R_н / DU_ВХ (5)

 

Чем больше коэффициент a, тем ближе по своей величине 1_К к Iэ и выше усиление по напряжению. Коэффициент усиления по мощности для схемы с ОЭ равен:

 

K _P = K _I K _U = b K _U (6)

 

оказывается значительно выше, чем для схемы с ОБ и может достигать величи­ны нескольких тысяч (до 10000).

Выходной сигнал схемы с ОЭ имеет противоположную полярность по отноше­нию к входному.