Рабочий режим биполярных транзисторов Электроника Раздел 4

Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 1. Всего 30
Раздел 4
Электроника
Лекция 8
Рабочий режим
биполярных транзисторов
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 2. Всего 30
В зависимости от соотношения входного
сопротивления транзистора RВХ
и сопротивления
источника колебаний RИК усиление будет происходить с
большими или с меньшими нелинейными искажениями.
Входное сопротивление транзистора RВХ нелинейно,
так как нелинейной является входная характеристика
транзистора.
Выходное сопротивление RВЫХ будем считать
линейным.
Пусть источник колебаний создаёт синусоидальную
ЭДС eВХ = Еm ВХsint.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 3. Всего 30
Если, RИК >>RВХ то источник колебаний
работает как источник тока. Входной переменный
ток в этом случае является синусоидальным,
поскольку ЭДС синусоидальна, а RИК линейно.
eВХ
i ВХ 
RИК
Переменный ток на выходе так же будет
приблизительно синусоидальным и, следовательно,
выходное напряжение uВЫХ = iВЫХRН тоже будет
синусоидальным.
Небольшие нелинейные искажения всё же
наблюдаются из-за того, что зависимость iВЫХ от iВХ
не является строго линейной.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 4. Всего 30
Значительно реже бывает, что RИК <<RВХ. В этом
случае входной ток
i ВХ 
e ВХ
RВХ
является
несинусоидальным.
Следовательно,
выходной ток и выходное напряжение тоже будут
несинусоидальными.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 5. Всего 30
Процесс усиления сигнала
в классе А
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 6. Всего 30
iK
iK
IК П
IБ П
iБ
IK m
0
A
0
UКЭ П
IБ m
iБ
UП UКЭ
0
IБ П
-UКЭ m
UСМ=UБЭ П
UБЭ m
uБЭ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 7. Всего 30
По полученному рисунку можно определить четыре
параметра данного каскада (четырехполюсника):
KU 
U ВЫХ m
U ВХ m
KI 
I ВЫХ m
Z ПР 
U ВЫХ m
I ВХ m
YПР 
Автор Останин Б.П.
I ВХ m
I ВЫХ m
U ВХ m

U БЭ m
U KЭ m

IК m

U KЭ m

IK m
IБ m
IБ m
U БЭ m
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 8. Всего 30
Влияние температуры
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 9. Всего 30
IK
UП/RK
IБ П
IБ = 0
IБ П
0
Автор Останин Б.П.
IБ = 0
UП
UКЭ, В
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 10. Всего 30
Зависимость параметров
биполярного транзистора
от частоты
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 11. Всего 30
Зависимость параметров биполярного
транзистора от частоты
 IЭ
Э
IЭ
EИК
rЭ
СЭ
Б
rК
IБ
rБ
СК
IК
К
UКБ
Б
RH
С повышением частоты усиление, даваемое
транзисторами, уменьшается.
Причин три.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 12. Всего 30
Причин три.
Первые две влияют как на коэффициент , так и
на коэффициент .
Напоминание: на нижних частотах
IK

IЭ
IK

IБ

Автор Останин Б.П.

1
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 13. Всего 30
Итак три причины
1. Вредное влияние ёмкости коллекторного
перехода СК. Будем считать, что на нижних
частотах весь ток источника тока IЭ идёт в
нагрузку
RH,
т.е.
КI
(пренебрегаем
сопротивлением rK >> RH). При увеличении
частоты СК всё больше шунтирует источник тока
IЭ, и всё меньше тока проходит через нагрузку.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 14. Всего 30
2. Вредное влияние ёмкости эмиттерного перехода
СЭ.
Но
СЭ
всегда
шунтирована
малым
сопротивлением эмиттерного перехода и поэтому её
вредное влияние может проявляться только на очень
высоких частотах, на которых сопротивление ХСЭ
получается одного порядка с rЭ.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 15. Всего 30
Сущность влияния ёмкости СЭ в том, что она
шунтирует сопротивление rЭ, что приводит к
уменьшению управляющего напряжения на
эмиттерном переходе. Если частота столь велика,
что сопротивление ХСЭ0, то напряжение на
эмиттерном переходе снизится до нуля и
усиления не будет.
Однако влияние ёмкости СК сказывается
на более низких частотах, чем влияние СЭ.
Поэтому в большинстве случаев влияние
ёмкости СЭ можно не рассматривать.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 16. Всего 30
Третья причина снижения усиления на высоких
частотах – отставание по фазе переменного тока
коллектора от переменного тока эмиттера. Оно вызвано
инерционностью процесса перемещения носителей через
базу, а также инерционностью процессов накопления и
рассасывания заряда в базе. Носители, например
электроны в транзисторе типа n-p-n, совершают в базе
диффузионное движение, и поэтому их скорость не очень
велика.
В обычных транзисторах время пробега ПР =
10-7 с. На частотах в единицы, десятки и более МГц оно
соизмеримо с периодом колебаний и вызывает заметный
фазовый сдвиг между токами эмиттера и коллектора. За
счёт сдвига вырастает переменный ток базы, а от этого
снижается коэффициент .
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 17. Всего 30
Векторные диаграммы для объяснения третьего случая.
IЭ
IБ
IК
1 кГц
Автор Останин Б.П.
IЭ
IБ
IБ
IЭ
IК
1 МГц
IК
10 МГц
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 18. Всего 30
Частоты, на которых происходит снижение
коэффициентов  и 
в
2 раз, называют
граничными или предельными частотами усиления
для схем ОБ и ОЭ (f и f).
Иногда в расчётных формулах встречается также
граничная частота усиления тока f ГР, которая
соответствует KI = 1.
Коэффициент  снижается значительно быстрее
коэффициента . Можно считать
f 
Автор Останин Б.П.
f

Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 19. Всего 30
/0, /0
1,0
/0
/0
0,5
0
102
104
106
108 1010
f, Гц
Улучшение частотных свойств усиления
транзисторов, т.е. повышение их предельных
частот усиления f и f, достигается уменьшением
ёмкости коллекторного перехода и времени пробега
носителей через базу  ПР.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 20. Всего 30
Импульсный режим
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 21. Всего 30
Импульсный режим работы транзисторов,
иначе называемый ключевым или режимом
переключения, имеет ряд особенностей.
Определение параметров импульсного режима
каскада ОЭ с помощью выходных характеристик
транзистора.
IK
UП/RK
IК max
IКЭ 0
Автор Останин Б.П.
IБ
max
Т1
Т2
0
UКЭ НАС
IБ = 0
UП
UКЭ, В
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 22. Всего 30
IK
UП/RK
IК max
IКЭ 0
IБ
max
Т1
Т2
0
UКЭ НАС
IБ = 0
UП
UКЭ, В
До поступления входного импульса транзистор
находится в режиме отсечки (точка Т2) и почти всё
напряжение питания падает на нём.
При поступлении входного импульса транзистор
переходит в точку Т1 (режим насыщения) и почти всё
напряжение падает на сопротивлении нагрузки. На
транзисторе падают всего лишь десятые доли вольта.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 23. Всего 30
Хотя напряжение UКЭ в точке Т1 не изменило
знак, но на самом коллекторном переходе оно
стало прямым.
Покажем это на примере. Пусть имеется
транзистор n-p-n и UКЭ НАС = 0,2 В, а напряжение
UБЭ = 0,6 В. Тогда напряжение UКБ будет равно
U КБ  0,2  0,6  0,4 В
Это значит, что на коллекторном переходе будет
прямое напряжение 0,4 В.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 24. Всего 30
Конечно, если импульс входного тока будет
меньше IБ max, то импульс тока коллектора тоже
уменьшится. Но зато увеличение импульса тока
базы сверх IБ max практически уже не даёт
возрастания импульса выходного тока (тока
коллектора).
U
I K max 
RH
I K max
B
I Б max
 - коэффициент усиления малых сигналов;
В - коэффициент усиления больших сигналов (в
частности импульсов).
 и В несколько отличаются.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 25. Всего 30
RНАС 
U КЭ НАС
I K max
RНАС – обычно составляет единицы, иногда десятки
Ом.
IК max, UКЭ НАС, IБ max, В, RНАС – характеризуют
импульсный режим.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 26. Всего 30
Если длительность входного импульса И во много
раз больше времени переходных процессов, то
выходной импульс искажён немного.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 27. Всего 30
Искажение формы импульса тока транзистором,
включённым по схеме ОБ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 28. Всего 30
iЭ
0
1
2
3
t, мкс
И
iК
0
t, мкс
З
Ф
Р
С
iБ
0
Автор Останин Б.П.
t, мкс
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 29. Всего 30
Ток базы начерчен согласно формуле iБ = iЭ – iK.
З + Ф =  ВКЛ – время включения транзистора;
Р + С =  ВЫКЛ – время выключения транзистора.
Автор Останин Б.П.
Конец слайда
Рабочий режим б.п. транзистора. Слайд 30. Всего 30
Классификация биполярных транзисторов
Выпускаемые промышленностью дискретные биполярные
транзисторы классифицируют обычно по двум параметрам:
1. По мощности:
1.1 Маломощные (РВЫХ << 0,3 Вт)
1.2 Средней мощности (0,3 < РВЫХ  1,5 Вт)
1.3 Мощные (РВЫХ > 1,5 Вт)
2. По частотным свойствам:
2.1 Низкочастотные (f  0,3 МГц)
2.2 Средней частоты (0,3 < f  3 МГц)
2.3 Высокой частоты (3 < f  30 МГц)
2.4 Сверхвысокой частоты (f > 30 МГц)
f - граничная (предельная) частота усиления для схемы ОБ
Автор Останин Б.П.
Конец слайда