Материал: Аналоговые электронные элементы (96

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

2. ТРАНЗИСТОРНЫЕ СХЕМЫ

Транзисторы делятся на биполярные и полевые.

Биполярные транзисторы (БТ) — это полупроводниковые приборы, имеющие три вывода (эмиттер, коллектор, база) и два p—n- перехода (эмиттер — база и коллектор — база).

Режимы работы БТ:

• линейный:

—эмиттерный переход смещен в прямом направлении;

—коллекторный переход смещен в обратном направлении;

• насыщения:

—эмиттерный переход смещен в прямом направлении;

—коллекторный переход смещен в прямом направлении;

• отсечки:

—эмиттерный переход смещен в обратном направлении;

—коллекторный переход смещен в обратном направлении;

• инверсный:

—эмиттерный переход смещен в обратном направлении;

—коллекторный переход смещен в прямом направлении.

Линейный (усилительный) режим. Через эмиттерно-базовый

(э-б) переход течет ток (iб), вызванный инжекцией электронов из эмиттера в базу. Из-за малой толщины базы электроны, пройдя ее, достигнут базоколлекторного (б-к) перехода. Так как в базе электроны – неосновные носители, то при обратном смещении базоколлекторного перехода, они его преодолеют. Часть электронов рекомбинируют в базе с дырками. Проще говоря, БТ — это источник тока, управляемый током базы:

iэ = βiб,

iк = αiэ,

где iэ — ток эмиттера; iк — ток коллектора; iб– ток базы; α — коэффициент передачи тока базы (α = 0,98); β — коэффициент усиления тока (при α = 0,98, β = 49).

Для коллекторного тока можно записать формулу в виде iк = αiэ + Iко0 ,

где Iко0 = (1 − β)Iко; Iко — обратный ток коллекторного перехода при обратном смещении последнего.

11

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

ВАХ биполярного транзистора. Чаще всего работу БТ иллюстрируют двумя ВАХ: входной (зависимость напряжения базаэмиттер Uб-э и тока базы iб) и выходной (зависимость напряжения коллектор-эмиттер Uк-э и тока коллектора iк) (рис 11, 12):

На рис. 11 ψк — контактная разность потенциалов p—n-перехода.

Графический метод

Графический метод заключается в построении нагрузочной характеристики транзистора. Поскольку у транзистора две ВАХ — входная (рис. 11) и выходная (рис. 12) — нагрузочных характеристик тоже надо строить две.

Задача 4

Дано: Для схемы (рис. 13) Eвх = 1 В; Eп = 10 В; Rб = 50 Ом; Rк = 500 Ом; R3 = 0,5 кОм; R4 = 0,3 кОм; R5 = 0,5 кОм; ВАХ транзистора показана на рис. 14, 15.

Определить: iк, Uк-э, UR.

Решение. Сначала необходимо найти ток базы, значение которого определяет эмиттерно-коллекторное напряжение транзистора. Составим уравнение по второму закону Кирхгофа для контура I

(рис. 13):

iбRб + Uб-э = Eвх.

12

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 13

Рис. 14

Рис. 15

13

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

При Uб-э = 0

iб = Eвх/Rб = 1/50 = 20 ∙ 10−3 А,

при iб = 0

Uб-э = Eвх = 1 В.

Пересечение нагрузочной прямой с ВАХ (см. рис. 14) дает iб =

= 13 мА и Uб-э = 0,3 В.

Теперь построим нагрузочную характеристику по выходу (см. рис. 15). Для этого составим уравнение по контуру II (см. рис. 13)

iкRк + Uк-э = Eп.

При Uк-э = 0

iк = Eп/Rк = 10/500 = 2 ∙ 10−3 А,

при iк = 0

Uк-э = Eп = 10 В.

Построив нагрузочную прямую, надо найти точку пересечения ее с выходной характеристикой (cм. рис. 15), соответствующей току базы iб = 13 мА. Если кривой iб = 13 мА на графике нет, то ее надо приближенно построить между кривыми, соответствующими токам iб = 10 мА и iб = 15 мА. Решением задачи будет iк = 0,8 мА и Uк-э = 6 В. Теперь легко определить и UR = iкRк = 0,8 ∙ 10−3 ×

×500 = 4 В.

Аналитический метод

Для аналитического решения задачи необходимо заменить транзистор эквивалентной схемой замещения (трехполюсник с управляемым источником тока) (рис. 16).

На рис. 16 rб, rэ и rк — сопротивления базового, эмиттерного и коллекторного слоев полупроводника; Ск — барьерная емкость коллекторного перехода.

На практике сопротивления rэ и rк существенно меньше сопротивления rб и имеют значение порядка 100 Ом.

Задача 5

Дано: для схемы (рис. 17) Uвх = 1 В; Eп = 15 В; R1 = 2 кОм;

Rн = 300 Ом.

14

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 16

Рис. 17

Определить Uвых.

Решение. Значение rб не задано, поэтому примем rб = 300 Ом, а сопротивлениями rэ и rэ-к пренебрежем ввиду их малости. Пренебрегаем и барьерной емкостью, влияние которой на работу схемы будет ощущаться только на высоких частотах входного сигнала. Коэффициент усиления тока β можно найти в любом справочнике. Пусть β = 95. Обратный коллекторный ток Iко, как правило, не превышает десятка микроампер. Запишем еще раз:

Uвх = 1 В; Eп = 15 В; R1 = 2 кОм; Rн = 300 Ом; rб = 300 Ом;

β= 95; Iко = 10 мкА; Iко0 = (1 + β)Iко = 1 мА

иизобразим схему целиком (рис. 18).

15