Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Между простой переключающей схемой и линейным усилителем на транзисторе имеется очевидное различие. В нормально работающем линейном усилителе коллекторный ток всегда прямо пропорционален базовому току. В переключающей схеме, такой как на рис. 1., коллекторный ток определяется, главным образом, напряжением питания VCC и сопротивлением нагрузки RL. Режим насыщения транзистора является достаточно важным и заслуживает подробного обсуждения.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы.

Рассмотрим, что происходит с коллекторным током в схеме на рис. 1, если базовый ток постепенно увеличивается, начиная от нуля. Когда ключ S1 разомкнут, базовый ток не течет и ток коллектора ничтожно мал. Замыкание S1 приводит к появлению тока базы IB = VCC/RB, где мы пренебрегли разностью потенциалов на переходе база-эмиттер. Ток коллектора, протекающий по нагрузке RL, равен IC=hFEVCC/RB. Для конкретной схемы, приведенной на рисунке, при hFE = 100 и при максимальном значении RB (50 кОм) получим:

IC=100×10/5000 А=20 мА

Падение напряжения на RL определяется произведением RLIC и в нашем случае равно 50 х 0,02 = 1 В. Транзистор при этом находится в линейном режиме; уменьшение RB приводит к увеличению тока базы, увеличению тока коллектора и, следовательно, к увеличению падения напряжения на RL. В этих условиях схема могла бы быть использована как усилитель напряжения.

Теперь рассмотрим случай, когда

Следовательно, коллекторный ток равен

С точки зрения нагрузки транзистор ведет себя как пара контактов ключа. Из закона Ома следует, что ток нагрузки в этой ситуации не может превышать величины VCC/RL. Поэтому дальнейшее увеличение тока базы не может увеличить ток коллектора, который определяется теперь только сопротивлением нагрузки и напряжением питания. Транзистор находится в насыщении. На практике при насыщении транзистора между коллектором и эмиттером всегда остается небольшое напряжение, обычно обозначаемое VCE(sat). Как правило, оно меньше 1 В и может доходить до 0,1 B y транзисторов, специально предназначенных для работы в качестве ключей. Обычно VCE(sat) уменьшается по мере того, как через переход база-эмиттер течет все больший ток, то есть в случае, когда отношение тока коллектора IC к току базы IB становится значительно меньше, чем коэффициент усиления тока транзистора hFE.

Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение VCE(sat)) имеет место, когда

Источник

Электроника

учебно-справочное пособие

Биполярные транзисторы

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор, имеющий два р-n-перехода, образованных в одном монокристалле полупроводника. Эти переходы образуют в полупроводнике три области с различными типами электропроводности. Одна крайняя область называется эмиттером (Э), другая — коллектором (К), средняя — базой (Б). К каждой области припаивают металлические выводы для включения транзистора в электрическую цепь.

Электропроводность эмиттера и коллектора противоположна электропроводности базы.

В зависимости от порядка чередования р- и n-областей различают транзисторы со структурой р-n-р (рис. 1, а) и n-р-n (рис. 1, б) (иногда их еще называют прямой и обратный).

Условные графические обозначения транзисторов p-n-р и n-p-n отличаются лишь направлением стрелки у электрода, обозначающего эмиттер. Принцип работы транзисторов p-n-р и n-p-n одинаков.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Электронно-дырочный переход, образованный эмиттером и базой, называется эмиттерным, а коллектором и базой — коллекторным. Расстояние между переходами очень мало; у высокочастотных транзисторов оно менее 10 микрометров, а у низкочастотных не превышает 50 мкм (1 мкм=0,001 мм).

Для того, чтобы вычислить коллекторный ток, нужно умножить ток базы на коэффициент усиления:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Транзистор откроется и лампочка загориться. Причем яркость свечения лампочки будет зависить от сопротивления резистора и коэффициента усиления транзистора.

Напряжение, прилагаемое к базе и необходимое для открытия транзистора, называют напряжением смещения. Если вместо постоянного резистора поставить переменный резистор, то получим возможность регулировать яркость свечения лампочки.

Таким же образом можно усиливать и сигналы: подавая на базу транзистора определенный сигнал (к примеру звук), в коллекторной цепи получим тот же сигнал, но уже усиленный в h21Э раз.

Если базовое смещение транзистора застабилизировать при помощи стабилитрона (рис. 3), то мы получим простейший стабилизатор напряжения, т.у. схему, которая будет поддерживать постоянное напряжение на выходе, даже если входное напряжение будет изменяться.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Для получения повышенной мощности используются схемы последовательного включения наскольких транзисторов, так называемые схемы Дарлингтона (или составные транзисторы)

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Система обозначений биполярных транзисторов

Третьим элементом может быть буква, определяющая классификацию по параметрам транзисторам, изготовленной по одной технологии. Например:

П416Б — транзистор германиевый, высокочастотный, малой мощности, разновидности Б;

МП39Б — германиевый транзистор, имеющий холодносварочный корпус, низкочастотный, малой мощности, разновидности Б.

В новой системе обозначений используется шифр, который состоит из 5 элементов:

1-й элемент системы обозначает исходный материал, на основе которого изготовлен транзистор:

2-й элемент — буква Т (биполярный транзистор) или П (полевой транзистор).

3-й элемент — цифра, указывающая на функциональные возможности транзистора по допустимой рассеиваемой мощности и граничной частоте.

Транзисторы малой мощности, Рmах 1,5 Вт:

7 — большой мощности низкочастотный;
8 — большой мощности среднечастотный;
9 — большой мощности высокочастотный и сверхвысокочастотный (fгр>300 Гц).

4-й элемент — цифры от 01 до 99, указывающие порядковый номер разработки.

5-й элемент — буквы от А до Я, обозначающая деление технологического типа приборов на группы.

КТ540Б — кремниевый транзистор средней мощности среднечастотный, номер разработки 40, группа Б.

КТ315А — кремниевый биполярный транзистор, маломощный, высокочастотный,подкласс А.

С 1978 года были введены изменения, первые два символа обозначающие материал и подкласс транзистора остались прежними.

Для биполярных транзисторов:

Пример:

КТ2115А-2 кремниевый биполярный транзистор для устройств широкого применения, маломощный, высокочастотный, бескорпусный с гибкими выводами на кристаллодержателе.

В импортной (японской )маркировке первые три символа обозначают структуру:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Основные параметры биполярных транзисторов

Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от способа подключения р-n-переходов транзистора к внешним источникам питания он может работать в режиме отсечки, насыщения или активном режиме.

Режим отсечки

Режим отсечки транзистора получается тогда, когда эмиттерный и коллекторный p-n-переходы подключены к внешним источникам в обратном направлении (рис. 5). В этом случае через оба p-n-перехода протекают очень малые обратные токи эмиттера ( Iэбо ) и коллектора ( Iкбо ). В этом случае говорят, что транзистор полностью закрыт или просто закрыт.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Ток базы равен сумме этих токов и в зависимости от типа транзистора находится в пределах от единиц микроампер — мкА (у кремниевых транзисторов) до единиц миллиампер — мА (у германиевых транзисторов).

Режим насыщения

Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения (рис. 6 ). Через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи насыщения эмиттера ( Iэ.нас ) и коллектора ( Iк.нас ). Величина этих токов в много раз больше токов в режиме отсечки.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Есть такое понятие, как коэффициент насыщения. Он определяется как отношение реального тока базы (того, который у вас есть в данный момент) к току базы в пограничном состоянии между активным режимом и насыщением.

Режимы отсечки и насыщения используются при работе транзисторов в импульсных схемах и в режиме переключения.

Активный режим

При работе транзистора в активном режиме (нормальном активном режиме) эмиттерный переход включается в прямом, а коллекторный — в обратном направлениях (рис. 7).

В активном режиме ток базы в десятки и сотни раз меньше тока коллектора и тока эмиттера.

Для токов коллектора и эмиттера выполняется соотношение:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Величина h21Б называется статическим коэффициентом передачи тока эмиттера. Для современных транзисторов h21Б=0,90. 0,998. Активный режим используется при построении транзисторных усилителей.

Инверсный активный режим

Барьерный режим

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Управление биполярным транзистором

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Величина тока базы и максимально возможного тока через коллектор (при таком токе базы) связаны постоянным коэффициентом β (коэффициент передачи тока базы):

Кроме параметра β используется ещё один коэффициент: коэффициент передачи эмиттерного тока (α). Он равен отношению тока коллектора к току эмиттера:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

На рисунке 9 изображены простейшие схемы. Они эквивалентны, но построены с участием транзисторов разных проводимостей.

Рассмотренный режим работы транзистора как раз является активным. Коэффициент β может измеряться десятками и даже сотнями. То есть для того, чтобы сильно менять ток, протекающий из эмиттера в коллектор, достаточно лишь немного изменять ток, протекающий из эмиттера в базу.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Статические характеристики биполярного транзистора

Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Входные статические характеристики представляют собой вольтамперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода (ЭДП). Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера Iэ от напряжения на эмиттерном переходе Uэб (рис. 10, а). При отсутствии коллекторного напряжения ( Uкб = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП, подобную ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.

Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольтамперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы Iб (рис. 11, б), и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в пределах от 20 до 30 В. Это важно знать при выборе транзистора для заданного напряжения источника питания или при определении необходимого напряжения источника питания для имеющихся транзисторов.

Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и смещение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на выходные характеристики в схеме ОЭ (рис. 12).

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Все описанное выше касалось работы транзистора при постоянных напряжениях и токах его электродов. При работе транзисторов в усилительных схемах важную роль играют переменные сигналы с малыми амплитудами. Свойства транзистора в этом случае определяются так называемыми малосигнальными параметрами.

На практике наибольшее применение получили малосигнальные h-параметры (читается: аш-параметры). Их называют также гибридными, или смешанными, из-за того, что одни из них имеют размерность проводимости, другие сопротивления, а третьи вообще безразмерные.

Всего h-параметров четыре: h11 (аш-один-один), h12 (аш-один-два), h21 (аш-два-один) и h22 (аш-два-два) и определяются они следующими выражениями:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это— коэффициент обратной связи по напряжению, безразмерная величина;

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это— коэффициент прямой передачи по току, безразмерная величина;

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это— выходная проводимость, измеряется в сименсах (См ).

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Значения h-параметров зависят от режима работы транзистора, т. е. от напряжений и токов его электродов. Режим работы транзистора определяется на характеристиках положением рабочей точки, которую будем обозначать в дальнейшем буквой А. Если указано положение рабочей точки А на семействе статических входных характеристик транзистора, включенного по схеме ОЭ (рис. 14, а), параметры h11э и h12э определяются следующим образом:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Параметры h21э и h22э определяются в рабочей точке А по выходным характеристикам (рис. 14, б) в соответствии с формулами:

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Аналогично рассчитываются h-параметры для схемы ОБ.

При расчете параметров h12 и h21 надо токи и напряжения подставлять в формулы в основных единицах измерения.

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Частотные свойства биполярного транзистора

При работе транзистора на частотах, превышающих fh21э его усилительные свойства уменьшаются вплоть fгр . На частотах, превышающих fгр, транзистор вообще не усиливает. Поэтому величины fh21э или fгр позволяют судить о возможности работы транзистора в заданном диапазоне частот. По значению граничной частоты все транзисторы подразделяются на низкочастотные ( fгр fгр fгр >30 МГц). Транзисторы, у которых fгр > 300 МГц, называют сверхвысокочастотными.

Например, для транзистора типа ГТ320Б значение | h21э |=6 на частоте f =20 МГц. Следовательно, граничная частота этого транзистора fгр = 20 · 6 = 120 МГц.

Источник

Биполярные транзисторы. For dummies

Предисловие

Поскольку тема транзисторов весьма и весьма обширна, то посвященных им статей будет две: отдельно о биполярных и отдельно о полевых транзисторах.

Транзистор, как и диод, основан на явлении p-n перехода. Желающие могут освежить в памяти физику протекающих в нем процессов здесь или здесь.

Необходимые пояснения даны, переходим к сути.

Транзисторы. Определение и история

Транзистор — электронный полупроводниковый прибор, в котором ток в цепи двух электродов управляется третьим электродом. (tranzistors.ru)

Первыми были изобретены полевые транзисторы (1928 год), а биполярные появилсь в 1947 году в лаборатории Bell Labs. И это была, без преувеличения, революция в электронике.

Очень быстро транзисторы заменили вакуумные лампы в различных электронных устройствах. В связи с этим возросла надежность таких устройств и намного уменьшились их размеры. И по сей день, насколько бы «навороченной» не была микросхема, она все равно содержит в себе множество транзисторов (а также диодов, конденсаторов, резисторов и проч.). Только очень маленьких.

Кстати, изначально «транзисторами» называли резисторы, сопротивление которых можно было изменять с помощью величины подаваемого напряжения. Если отвлечься от физики процессов, то современный транзистор тоже можно представить как сопротивление, зависящее от подаваемого на него сигнала.

В чем же отличие между полевыми и биполярными транзисторами? Ответ заложен в самих их названиях. В биполярном транзисторе в переносе заряда участвуют и электроны, и дырки («бис» — дважды). А в полевом (он же униполярный) — или электроны, или дырки.

Также эти типы транзисторов разнятся по областям применения. Биполярные используются в основном в аналоговой технике, а полевые — в цифровой.

И, напоследок: основная область применения любых транзисторов — усиление слабого сигнала за счет дополнительного источника питания.

Биполярный транзистор. Принцип работы. Основные характеристики

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что этоНапряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это
Биполярный транзистор состоит из трех областей: эмиттера, базы и коллектора, на каждую из которых подается напряжение. В зависимости от типа проводимости этих областей, выделяют n-p-n и p-n-p транзисторы. Обычно область коллектора шире, чем эмиттера. Базу изготавливают из слаболегированного полупроводника (из-за чего она имеет большое сопротивление) и делают очень тонкой. Поскольку площадь контакта эмиттер-база получается значительно меньше площади контакта база-коллектор, то поменять эмиттер и коллектор местами с помощью смены полярности подключения нельзя. Таким образом, транзистор относится к несимметричным устройствам.

Прежде, чем рассматривать физику работы транзистора, обрисуем общую задачу.
Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это
Она заключаются в следующем: между эмиттером и коллектором течет сильный ток (ток коллектора), а между эмиттером и базой — слабый управляющий ток (ток базы). Ток коллектора будет меняться в зависимости от изменения тока базы. Почему?
Рассмотрим p-n переходы транзистора. Их два: эмиттер-база (ЭБ) и база-коллектор (БК). В активном режиме работы транзистора первый из них подключается с прямым, а второй — с обратным смещениями. Что же при этом происходит на p-n переходах? Для большей определенности будем рассматривать n-p-n транзистор. Для p-n-p все аналогично, только слово «электроны» нужно заменить на «дырки».

Поскольку переход ЭБ открыт, то электроны легко «перебегают» в базу. Там они частично рекомбинируют с дырками, но большая их часть из-за малой толщины базы и ее слабой легированности успевает добежать до перехода база-коллектор. Который, как мы помним, включен с обратным смещением. А поскольку в базе электроны — неосновные носители заряда, то электирическое поле перехода помогает им преодолеть его. Таким образом, ток коллетора получается лишь немного меньше тока эмиттера. А теперь следите за руками. Если увеличить ток базы, то переход ЭБ откроется сильнее, и между эмиттером и коллектором сможет проскочить больше электронов. А поскольку ток коллектора изначально больше тока базы, то это изменение будет весьма и весьма заметно. Таким образом, произойдет усиление слабого сигнала, поступившего на базу. Еще раз: сильное изменение тока коллектора является пропорциональным отражением слабого изменения тока базы.

Помню, моей одногрупнице принцип работы биполярного транзистора объясняли на примере водопроводного крана. Вода в нем — ток коллектора, а управляющий ток базы — то, насколько мы поворачиваем ручку. Достаточно небольшого усилия (управляющего воздействия), чтобы поток воды из крана увеличился.

Помимо рассмотренных процессов, на p-n переходах транзистора может происходить еще ряд явлений. Например, при сильном увеличении напряжения на переходе база-коллектор может начаться лавинное размножение заряда из-за ударной ионизации. А вкупе с туннельным эффектом это даст сначала электрический, а затем (с возрастанием тока) и тепловой пробой. Однако, тепловой пробой в транзисторе может наступить и без электрического (т.е. без повышения коллекторного напряжения до пробивного). Для этого будет достаточно одного чрезмерного тока через коллектор.

Еще одно явления связано с тем, что при изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах меняется их толщина. И если база черезчур тонкая, то может возникнуть эффект смыкания (так называемый «прокол» базы) — соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.

Коллекторный ток транзистора в нормальном активном режиме работы транзистора больше тока базы в определенное число раз. Это число называется коэффициентом усиления по току и является одним из основных параметров транзистора. Обозначается оно h21. Если транзистор включается без нагрузки на коллектор, то при постоянном напряжении коллектор-эмиттер отношение тока коллектора к току базы даст статический коэффициент усиления по току. Он может равняться десяткам или сотням единиц, но стоит учитывать тот факт, что в реальных схемах этот коэффициент меньше из-за того, что при включении нагрузки ток коллектора закономерно уменьшается.

Вторым немаловажным параметром является входное сопротивление транзистора. Согласно закону Ома, оно представляет собой отношение напряжения между базой и эмиттером к управляющему току базы. Чем оно больше, тем меньше ток базы и тем выше коэффициент усиления.

Третий параметр биполярного транзистора — коэффициент усиления по напряжению. Он равен отношению амплитудных или действующих значений выходного (эмиттер-коллектор) и входного (база-эмиттер) переменных напряжений. Поскольку первая величина обычно очень большая (единицы и десятки вольт), а вторая — очень маленькая (десятые доли вольт), то этот коэффициент может достигать десятков тысяч единиц. Стоит отметить, что каждый управляющий сигнал базы имеет свой коэффициент усиления по напряжению.

Также транзисторы имеют частотную характеристику, которая характеризует способность транзистора усиливать сигнал, частота которого приближается к граничной частоте усиления. Дело в том, что с увеличением частоты входного сигнала коэффициент усиления снижается. Это происходит из-за того, что время протекания основных физических процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору, заряд и разряд барьерных емкостных переходов) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. Т.е. транзистор просто не успевает реагировать на изменения входного сигнала и в какой-то момент просто перестает его усиливать. Частота, на которой это происходит, и называется граничной.

Условные обозначения n-p-n и p-n-p транзисторов отличаются только направлением стрелочки, обозначающей эмиттер. Она показывает то, как течет ток в данном транзисторе.

Режимы работы биполярного транзистора

Схемы включения биполярных транзисторов

Поскольку контактов у транзистора три, то в общем случае питание на него нужно подавать от двух источников, у которых вместе получается четыре вывода. Поэтому на один из контактов транзистора приходится подавать напряжение одинакового знака от обоих источников. И в зависимости от того, что это за контакт, различают три схемы включения биполярных транзисторов: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). У каждой из них есть как достоинства, так и недостатки. Выбор между ними делается в зависимости от того, какие параметры для нас важны, а какими можно поступиться.

Схема включения с общим эмиттером

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это
Эта схема дает наибольшее усиление по напряжению и току (а отсюда и по мощности — до десятков тысяч единиц), в связи с чем является наиболее распространенной. Здесь переход эмиттер-база включается прямо, а переход база-коллектор — обратно. А поскольку и на базу, и на коллектор подается напряжение одного знака, то схему можно запитать от одного источника. В этой схеме фаза выходного переменного напряжения меняется относительно фазы входного переменного напряжения на 180 градусов.

Но ко всем плюшкам схема с ОЭ имеет и существенный недостаток. Он заключается в том, что рост частоты и температуры приводит к значительному ухудшению усилительных свойств транзистора. Таким образом, если транзистор должен работать на высоких частотах, то лучше использовать другую схему включения. Например, с общей базой.

Схема включения с общей базой

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это
Эта схема не дает значительного усиления сигнала, зато хороша на высоких частотах, поскольку позволяет более полно использовать частотную характеристику транзистора. Если один и тот же транзистор включить сначала по схеме с общим эмиттером, а потом с общей базой, то во втором случае будет наблюдаться значительное увеличение его граничной частоты усиления. Поскольку при таком подключении входное сопротивление низкое, а выходное — не очень большое, то собранные по схеме с ОБ каскады транзисторов применяют в антенных усилителях, где волновое сопротивление кабелей обычно не превышает 100 Ом.

В схеме с общей базой не происходит инвертирование фазы сигнала, а уровень шумов на высоких частотах снижается. Но, как уже было сказано, коэффициент усиления по току у нее всегда немного меньше единицы. Правда, коэффициент усиления по напряжению здесь такой же, как и в схеме с общим эмиттером. К недостаткам схемы с общей базой можно также отнести необходимость использования двух источников питания.

Схема включения с общим коллектором

Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это
Особенность этой схемы в том, что входное напряжение полностью передается обратно на вход, т. е. очень сильна отрицательная обратная связь.

Напомню, что отрицательной называют такую обратную связь, при которой выходной сигнал подается обратно на вход, чем снижает уровень входного сигнала. Таким образом происходит автоматическая корректировка при случайном изменении параметров входного сигнала

Коэффициент усиления по току почти такой же, как и в схеме с общим эмиттером. А вот коэффициент усиления по напряжению маленький (основной недостаток этой схемы). Он приближается к единице, но всегда меньше ее. Таким образом, коэффициент усиления по мощности получается равным всего нескольким десяткам единиц.

В схеме с общим коллектором фазовый сдвиг между входным и выходным напряжением отсутствует. Поскольку коэффициент усиления по напряжению близок к единице, выходное напряжение по фазе и амплитуде совпадает со входным, т. е. повторяет его. Именно поэтому такая схема называется эмиттерным повторителем. Эмиттерным — потому, что выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода.

Такое включение используют для согласования транзисторных каскадов или когда источник входного сигнала имеет высокое входное сопротивление (например, пьезоэлектрический звукосниматель или конденсаторный микрофон).

Два слова о каскадах

Бывает такое, что нужно увеличить выходную мощность (т.е. увеличить коллекторный ток). В этом случае используют параллельное включение необходимого числа транзисторов.
Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это
Естественно, они должны быть примерно одинаковыми по характеристикам. Но необходимо помнить, что максимальный суммарный коллекторный ток не должен превышать 1,6-1,7 от предельного тока коллектора любого из транзисторов каскада.
Тем не менее (спасибо wrewolf за замечание), в случае с биполярными транзисторами так делать не рекомендуется. Потому что два транзистора даже одного типономинала хоть немного, но отличаются друг от друга. Соответственно, при параллельном включении через них будут течь токи разной величины. Для выравнивания этих токов в эмиттерные цепи транзисторов ставят балансные резисторы. Величину их сопротивления рассчитывают так, чтобы падение напряжения на них в интервале рабочих токов было не менее 0,7 В. Понятно, что это приводит к значительному ухудшению КПД схемы.

Может также возникнуть необходимость в транзисторе с хорошей чувствительностью и при этом с хорошим коэффициентом усиления. В таких случаях используют каскад из чувствительного, но маломощного транзистора (на рисунке — VT1), который управляет энергией питания более мощного собрата (на рисунке — VT2).
Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Смотреть картинку Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Картинка про Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это. Фото Напряжение насыщения коллектор эмиттер что это

Другие области применения биполярных транзисторов

Транзисторы можно применять не только схемах усиления сигнала. Например, благодаря тому, что они могут работать в режимах насыщения и отсечки, их используют в качестве электронных ключей. Также возможно использование транзисторов в схемах генераторов сигнала. Если они работают в ключевом режиме, то будет генерироваться прямоугольный сигнал, а если в режиме усиления — то сигнал произвольной формы, зависящий от управляющего воздействия.

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *