2 Работа транзистора в активном режиме
Рассмотрим работу транзистора, включенного по схеме с общей базой, на примере п-р-п транзистора. При отсутствии электрического поля (UКБ=0, UЭБ=0) потенциальные барьеры эмиттерного и коллекторного переходов одинаковы (φКБ= φЭБ=0,3…0,8 В). Потоки неосновных носителей заряда (электронов) в базу и из базы одинаковы и существует термодинамическое равновесие этих потоков (рис.3.4.а,б).
При нормальном включении п-р-п транзистора эмиттерный переход смещается в прямом направлении, а коллекторный – в обратном (рис.3.4 в,г). Прямо смещенный эмиттерный переход имеет небольшое сопротивление - несколько Ом. Коллекторный переход, при отсутствии инжекции из эмиттера, имеет очень большое сопротивление – несколько МОм. Поэтому в цепь коллектора можно включать нагрузку с большим сопротивлением, практически не изменяя значения коллекторного тока.
При прямом смещении эмиттерного перехода снижается его потенциальный барьер и электроны из эмиттера могут преодолеть потенциальный барьер эмиттерного перехода и попасть в базу, создавая ток неосновных носителей IЭn. Навстречу этому потоку электронов из эмиттера будет направлен также встречный поток дырок из базы в эмиттер IЭр. Однако биполярные транзисторы изготовляют таким образом, чтобы концентрация электронов в эмиттере значительно превышала концентрацию дырок в базе. В этом случае малым потоком дырок IЭр, инжектируемых из базы в эмиттер, можно пренебречь и считать, что при прямом смещении весь ток эмиттера определяется потоком инжектированных электронов:
(3.1)
Эффективность инжекции электронов в базу определяется коэффициентом инжекции неосновных носителей:
(3.2)
Часть электронов инжектированных из эмиттера рекомбинирует с дырками в базе, создавая ток IБ. Однако количество рекомбинируемых носителей заряда в базе будет небольшим, поскольку толщина базы мала (много меньше диффузионной длины), это значит, что практически все электроны из эмиттера попадут в коллектор, минуя базу. В этом случае ток коллектора практически будет равен току эмиттера:
(3.3)
Эффективность переноса неосновных носителей из базы в коллектор определяется коэффициентом переноса:
(3.4)
В результате этого ток коллектора повышается от очень малого значения обратного тока коллекторного перехода до . Таким образом, в обратно смещенном коллекторном переходе становится практически равным току прямо смещенного эмиттерного перехода.
Если ток коллектора возрастает при неизменном напряжении источника питания UИК, то физически это означает, что сопротивление коллекторного перехода снизилось и стало такого же порядка как и сопротивление эмиттерного перехода. Следовательно, в результате инжекции из эмиттера происходит преобразование сопротивления коллектора (transfer resistor).
Поскольку сопротивление коллектора значительно снизилось, то оно становится значительно ниже сопротивления нагрузки RН, поэтому падением напряжения на коллекторе можно пренебречь и считать, что все падение напряжения источника питания UИК сосредоточено на нагрузке:
(3.5)
Падение напряжения на эмиттере будет равно:
(3.6)
Так как сопротивление нагрузки значительно больше сопротивления прямо смещенного эмиттернрго перехода, то при одинаковых коллекторном и эмиттерном токах , а , т.е. произошло усиление входного сигнала по напряжению и по мощности. Следовательно, биполярный транзистор является активным усилительным устройством, т.к. он способен усиливать мощность.
Основным параметром биполярного транзистора является коэффициент передачи эмиттерного тока:
(3.7)
Коэффициент передачи эмиттерного тока определяется двумя параметрами: коэффициентом инжекции γ и коэффициентом переноса β*
(3.8)
Усилительные свойства транзистора определяются только электронной составляющей тока инжектированных эмиттером носителей заряда (неосновными носителями), а дырочная составляющая никаких полезных функций не выполняет.
Как следует из (3.2) коэффициент инжекции γ определяет долю электронной составляющей в общем токе эмиттера, поэтому коэффициент инжекции стараются максимально приблизить к 1. Этого можно добиться, уменьшая толщину базы и значительно легируя область эмиттера, и слабо легируя область базы.
С другой стороны, увеличить коэффициент передачи эмиттерного тока можно увеличив коэффициент переноса β*. Очевидно, что коэффициент переноса тем ближе к 1, чем тоньше база и больше диффузионная длина электронов (неосновных носителей в базе). Это связано с уменьшением вероятности рекомбинации неосновных носителей заряда в базе.
Как следует из сказанного связь между эмиттерным, базовым и коллекторным токами определяется выражением:
(3.9)
Или учитывая (3.7):
(3.10)
Аналогично
(3.11)
где βCT – статический коэффициент передачи базового тока.
Коэффициенты передачи эмиттерного и базового токов связаны соотношением:
(3.12)
- Вступление
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Полупроводниковые материалы
- 2 Структура и зонная диаграмма собственных и примесных полупроводников
- 3 Параметры собственных полупроводников
- 4 Параметры примесных полупроводников
- 5. Электропроводность примесных полупроводников.
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа №2 Исследование основных типов полупроводниковых диодов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторная схема
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Подготовка измерительного стенда к измерению вольтамперных характеристик диодов и стабилитронов.
- Исследование германиевого микросплавного импульсного диода типа гд508а.
- Исследование кремниевого маломощного стабилитрона типа 1n5201.
- Теоретические знания
- Образование электронно-дырочного перехода
- Вольтамперная характеристика р-п перехода
- Полупроводниковые диоды
- Влияние внешних факторов на вах реальных диодов
- 3 .2 Классификация диодов
- Параметры и применение исследуемых типов диодов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 3 Исследование статических характеристик основных типов биполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Подготовка измерительного стенда к измерению статических характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с оэ.
- 2. Исследование кремниевого эпитаксиально-диффузионного биполярного транзистора п-р-п типа кт315е.
- Теоретические знания
- 1 Структура и основные режимы работы биполярного транзистора
- 2 Работа транзистора в активном режиме
- 3 Сравнение различных схем включения транзистора
- 4 Малосигнальные параметры биполярного транзистора
- 6 Статические характеристики биполярного транзистора
- 7 Модель Эберса-Молла
- 8 Работа транзистора в импульсном режиме
- 9 Классификация биполярных транзисторов
- 10 Система обозначений биполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 4 Исследование статических параметров основных типов униполярных транзисторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Исследование полевого транзистора управляемого р-п переходом и каналом п-типа кп303и.
- Теоретические знания
- 1 Структура и принцип работы униполярного транзистора с управляющим р-п переходом
- 2 Структура и принцип работы униполярного транзистора с изолированным затвором
- 4 Малосигнальные параметры униполярных транзисторов
- 5 Основные схемы включения униполярных транзисторов
- 6 Классификация униполярных транзисторов
- 7 Система обозначений униполярных транзисторов
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 5 Исследование rс-усилителя на биполярном р-п-р транзисторе, как основного усилителя систем управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Выбор режима работы усилителя по постоянному току
- Нагрузочная прямая строится следующим путем (только для линейной нагрузки):
- 2 Стабилизация работы транзисторного усилителя с помощью отрицательной обратной связи
- 3 Амплитудно - частотная характеристика усилителя
- 4 Эмиттерный повторитель напряжения
- Если учитывать сопротивление базового делителя, то входное сопротивление приблизительно равняется
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 6 исследование основных схем включения операционного усилителя, применяемых в системах управления
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- 1 Идеальный операционный усилитель
- 2 Параметры реального операционного усилителя
- 3 Основные схемы включения операционных усилителей
- 4 Зависимость коэффициента усиления оу и фазового смещения от частоты
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 7 Исследование основных схем включения мультивибраторов, применяемых в системах контроля и управления судовым оборудованием
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- 1. Исследование мультивибратора на биполярных транзисторах
- 2. Исследование мультивибратора на операционном усилителе
- Теоретические знания
- 1 Мультивибратор на биполярных транзисторах
- 2 Мультивибратор на основе операционного усилителя (оу)
- Контрольные вопросы
- Лабораторная работа № 8 исследование типОвых логических функциональных элементов интегральных микросхем
- Лабораторные схемы
- Домашнее задание
- Задание к лабораторной работе
- Теоретические знания
- Классификация интегральных микросхем
- 2 Условные обозначения и таблицы истинности основных логических элементов
- 3 Типовые схемы базовых логических элементов интегральных микросхем
- 4 Сравнение ттл и кмоп логических элементов
- Контрольные вопросы