Характеристики транзисторов

Рассмотрим характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ. На рис. 4.7 приведены вход­ные характеристики IБ(UБЭ) при постоянных выходных нап­ряжениях (UКЭ = const). Характе­ристика при UКЭ = 0 идет из на­чала координат, так как, если все напряжения равны нулю, нет никакого тока.

Рис. 4.7. Входные характеристики транзистора при включении по схеме ОЭ

 

Уменьшение тока базы при повышении UКЭ происходит вследствие явления модуляции толщины базы (эффект Эрли). Чем выше UКЭ, тем больше напряжение на коллекторном переходе UКБ. Толщина этого перехода увеличивается, а толщина базы уменьшается, и тогда в базе рекомбинирует меньше носителей, движущихся от эмиттера к коллектору. Следовательно, несколько возрастает ток IК и умень­шается ток IБ.

Семейство выходных характеристик IК(UКЭ) показано на рис. 4.8. Эти характеристики приводятся при различных постоянных токах базы (IБ=const).

Рис. 4.8. Выходные характеристики транзистора при включении по схеме ОЭ

 

Первая характеристика при IБ = 0 выходит из начала координат и напоминает обычную характеристику для обратного тока диода. Условие IБ = 0 соответствует разомкнутой цепи базы. При этом через весь транзистор от эмиттера к коллектору проходит сквозной ток IКЭ0.

Если IБ > 0, то выходная характеристика расположена выше, чем при IБ = 0, и тем выше, чем больше ток IБ. Увеличение тока базы означает, что за счет повышения напряжения UБЭ соответственно увеличился ток эмиттера, частью ко­торого является ток IБ. Следовательно, пропорционально возрастает и ток кол­лектора IК=βIБ.

 

Модели транзисторов

На рис.4.9 изображена нелинейная модель Эберса-Молла для п-р-п транзистора.

Рис. 4.9. Модель Эберса-Молла

 

Токи инжекции эмиттерного І1 и коллекторного І2 р-п-переходов являются управляющими:

, (4.23)

. (4.24)

Источники тока αNI1 и αII2 моделируют явления экстракции. Параметры αN и αI – это коэффициенты передачи токов транзистора в нормальном и инверсном режимах.

Модель Эберса-Молла чаще используется для анализа схем с ОБ.

Для анализа схем с ОЭ используют нелинейную модель Гуммеля-Пуна (рис.4.10).

Рис. 4.10. Модель Гуммеля-Пуна

Источник тока IКЭ моделирует явления переноса неосновных носителей через базу:

, (4.25)

где IS = αNIЭ0 = αІIк0 – сквозной обратный ток (насыщения) транзистора.

Источники тока IБЭ и IБК моделируют явления рекомбинации в базе в нормальном и инверсном режимах

, (4.26)

, (4.27)

, . (4.28)

Нелинейные емкости СЭ и СК являются суммами барьерных и диффузионных составляющих эмиттерного и коллекторного р-п-переходов.

В качестве собственных параметров помимо коэффициента передачи по току αN принимают сопротивления в соответствии с эквивалентной схемой транзистора для переменного тока (рис. 4.11). Эта схема, называемая Т-образной, отображает структуру транзистора и учиты­вает его усилительные свойства.

Рис. 4.11. Эквивалентная Т-образная линейная схема транзистора

 

Со­противление rЭ представляет собой дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода, rК явля­ется суммой сопротивлений коллекторного перехода и коллекторной области, но последнее очень мало по сравнению с сопротивлением перехода. А сопротивление rБ есть поперечное сопротивление базы.

На высоких частотах необходимо учитывать емкости: диффузионную эмиттерного и барьерную коллекторного переходов, что приводит к усложнению схемы.

Эквивалентная схема с источником тока для транзистора, включенного по схеме ОЭ, показана на рис. 4.12. В ней генератор βIБ моделирует усиление тока базы, а со­противление коллекторного перехода по сравнению с предыдущей схемой зна­чительно меньше и равно rк(1-α) или rк /(β+1). Уменьшение сопротивления коллекторного перехода в схеме ОЭ объясняется тем, что в этой схеме некоторая часть напряжения UКЭ приложена к эмиттерному переходу и усиливает в нем инжекцию. Вслед­ствие этого значительное число инжектированных носителей приходит к коллек­торному переходу и его сопротивление снижается.

Рис. 4.12. Эквивалентная Т-образная линейная схема транзистора,

включенного по схеме ОЭ

 

В настоящее время основными для биполярных транзмсторов считаются смешанные пара­метры, обозначаемые буквой h. Зависимость между переменными токами и напряжениями в транзисторе при использовании h-параметров можно выразить следующими уравнениями:

UБЭ = h11эIБ + h12эUКЭ , (4.29)

IК = h21эIБ + h22эUКЭ. (4.30)

Уравнениям (4.29) и (4.30) соответствует эквивалентная схема, изображенная на рис. 4.13,а.

Рис. 4.13. Эквивалентная схема транзистора с использованием h-параметров (а) и ее упрощенный вариант (б).

 

Для схемы ОЭ h-параметры опре­деляются по следующим формулам:

- входное сопротивление

h11э = ∆UБЭ /∆IБ при UКЭ = const (4.31)

и получается от сотен ом до единиц килоом;

- коэффициент обратной связи по напряжению

h12э = ∆UБЭ /∆UКЭ при IБ = const (4.32)

и обычно равен 10-3 — 10-4, т.е. напряжение, передаваемое с выхода на вход за счет обратной связи, составляет тысячные или десятитысячные доли выход­ного напряжения;

- коэффициент усиления тока

h21э = β = ∆IК /∆IБ при UКЭ = const (4.33)

и составляет десятки — сотни;

- выходная проводимость

h22э = ∆IК /∆UКЭ при IБ = const (4.34)

и равна десяткам или сотням микросименс, а выходное сопротивление 1/h22э получается от единиц до десятков килоом.

Иногда транзистор представляют в виде эквивалентной П-образной схемы с проводимостями (рис.4.14), которые связаны с h-параметрами следующими соотношениями:

; gN = βgвэ; ; gкэ = h22э . (4.35)

Рис. 4.14. Эквивалентная П-образная схема транзистора

 

Генератор тока gNUВЭ в этой схеме моделирует усиленного коллекторного тока.

 


21
  • Далее ⇒