Статические характеристики транзисторов

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Статические характеристики транзисторов представляют собой графические зависимости между токами, протекающими в цепях транзистора, и напряжениями на его входах и выходах. Эти характеристик приводятся в справочной литературе и используются при анализе и расчете электронных схем. Различают входные и выходные статически характеристики транзисторов.

Входные характеристики показывают зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на коллектор. Выходные характеристики показывают зависимость выходного тока от напряжения на коллекторе при постоянном входном токе или напряжении. На рис. 5 и рис. 6 приведены статические характеристики для схемы с 0Э.

На выходной характеристике можно выделить три зоны, свойственные трем режимам работы транзисторов.

Область I - режим отсечки; область II - режим усиления и область III - режим насыщения.

Динамические характеристики транзисторов

Динамические характеристики транзистора определяют режим работы транзистора, в выходной цепи которого имеется нагрузка, a на вход подается усиливаемый сигнал (рис. 7).

Рис. 5. Статистические входные характеристики.

Рис. 6. Статистические выходные характеристики.

В этой схеме увеличение тока базы вызывает возрастание тока цепи коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе. Ток и напряжение на коллекторе связаны между собой уравнением

U_к.э.=U_п-I_kR_k.

Такой режим работы транзистора называется динамическим. Динамические характеристики (рис. 8) строятся на семействе статических при заданных напряжениях источника питания U_п и сопротивления нагрузки R_н. Для построения динамической характеристики используется уравнение, которое представляет собой уравнение прямой (АБВ).

Рис. 7. Схема усиления с ОЭ Рис. 8. Выходная характеристика

для схемы усиления с ОЭ

Биполярные транзисторы классифицируются по двум параметрам: по мощности и по частотным свойствам.

Таблица 1

Классификация транзисторов

Маркировка биполярных транзисторов предусматривает шесть символов. Первый символ – буква (для приборов общего применения) или цифра (для приборов специального назначения), указывающая исходный полупроводниковый материал, из которого изготовлен транзистор: Г(1) – германий, К(2) – кремний, А(3) – арсенид галлия. Второй символ – буква Т, означающая биполярный транзистор. Третий символ – цифра, указывающая мощность и частотные свойства транзистора (см. табл.). Четвертый и пятый символы – двухзначное число, указывающее порядковый номер разработки. Шестой – буква, обозначающая параметрическую группу прибора.

Полевым транзистором называется транзистор, в котором между двумя электродами образуется проводящий канал, по которому протекает ток. Управление эти током осуществляется электрическим полем, создаваемым третьим электродом. Электрод, с которого начинается движение носителей заряда, называется истоком, а электрод, к которому они движутся, стоком. Электрод, создающий управляющее электрическое поле, называется затвором рис. 9.

Рис. 9. Полевой транзистор с управляющим p-n переходом (а) и его условное обозначение (б).

Различают два типа полевых транзисторов: с управляющим p - n - переходом и с изолированным затвором (МДП-транзисторы). По типу электропроводности полевые транзисторы подразделяются на транзисторы с каналами «p» и «n» типов.

Транзистор с управляющим p-n - переходом представляет собой пластину из полупроводникового материала, имеющего электропроводность определенного типа, на концах которой сделаны два вывода – исток и сток. Вдоль пластины сделан p-n-переход, от которого идет третий вывод - затвор.

Если к электродам подключить напряжение питания, то между стоком и истоком будет протекать ток. Сопротивление канала, а следовательно, и ток, проходящий через канал, зависят от напряжения на затворе Напряжение на затворе, при котором ток истока минимален, называется напряжением отсечки U_зи.отс. Если на затвор подать переменный сигнал, то ток стока I_с также будет изменяться по тому же закону.

Статические характеристики транзистора с управляющим р-п-переходом приведены на рис. 10. Для полевых транзисторов входная характеристика (зависимость I_з от U_зи при U_си - пост.) не имеет практического применения и при расчетах используют только передаточные и выходные ВАХ.

Рис. 10. Передаточная (а) и выходная (б) характеристики полевого транзистора с управляющим p-n-переходом

Максимальный ток стока I_c будет при нулевом напряжении на затворе. При уменьшении напряжения на затворе ток стока уменьшается и при U_зи=U_зи.отс.I_c 0.

Полевые транзисторы характеризуются следующими параметрами:

· крутизной характеристики при U_си-const;

· коэффициентом усиления по напряжению при I_c-const;

· выходным сопротивлением при U_зи – const;

· входным сопротивлением ;

· напряжением отсечки U_зи.отс.;

· максимальным током стока I_c.max.;

· коэффициентом шума;

· входной емкостью;

· максимальной мощностью рассеивания.

Входное сопротивление R_вх полевого транзистора очень велико (мегаомы), поскольку значение тока затвора I_з очень мало. Транзисторы с изолированным затвором (МДП-транзисторы) в отличие от рассмотренных выше имеют затвор, изолированный от канала слоем диэлектрика. Поэтому они имеют очень большое входное сопротивление -до 10¹² 10¹⁴ Ом.

Принцип действия МДП-транзисторов основан на эффекте изменения проводимости приповерхностного слоя полупроводника на границе с диэлектриком под воздействием электрического поля.

МДП-транзисторы делятся на транзисторы с встроенным каналом и на транзисторы с индуцированным каналом. Транзисторы имеют четвертый электрод, называемый подложкой, который выполняет вспомогательную роль. МДП - транзисторы могут быть с каналами п или р-типа.

На рис. 11 приведена конструкция МДП-транзистора со встроенным каналом.

В МДП-транзисторах токопроводящий канал создается технологическим путем в виде тонкого слаболегированного полупроводникового слоя. Поэтому при U_зи=0 канал существует.

МДП-транзисторы с индуцированным каналом отличаются тем, что проводящий канал здесь не создается, а образуется (индуцируется) благодаря притоку электронов из полупроводниковой пластины при приложении к затвору напряжения положительной (отрицательной) полярности относительно истока. За счет притока электронов в приповерхностном слое возникает токопроводящий канал, соединяющий области стока и истока. При изменении напряжения на затворе изменяется сопротивление канала. На рис. 12 приведены статические характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Рис. 11. Конструкция(а), условное обозначение (б), передаточная (в) и выходная (г) характеристики МДП-транзитора со встроенным каналом.

Особенностью данного транзистора является то, что управляющий сигнал U_зи совпадает по полярности с напряжением U_си.

Полевые транзисторы, так же как и биполярные, могут быть включены в цепь по схеме с общим затвором (ОЗ), общим истоком (ОИ) и общим стоком (ОС).

Отличительным свойством полевых транзисторов является то, что управляющим сигналом является не ток, а напряжение. Это делает их похожими на электровакуумные лампы. Полевые транзисторы успешно применяются в различных усилительных и переключающих устройствах, они часто используются в сочетании с биполярными транзисторами. На базе полевых транзисторов построены многие интегральные микросхемы.

I_c=f(U_з.и.) при U_с.и. = const I_c=f(U_с.и.) при U_з.и. = const

Рис. 12. Конструкция (а), условные обозначения (б), входная (в) и выходная (г) характеристики МДП-транзистора с индуцированным каналом.

Полевые транзисторы обозначаются аналогично биполярным, только вторым элементом является буква П, например КП306А – кремниевый полевой транзистор, малой мощности, высокочастотный, номер разработки 06, группа А.

Особенности применения транзисторов. Что обеспечить надежную и безотказную работу радиоэлектронной аппаратуры, необходимо учесть характерные особенности транзисторов на этапе разработки аппаратуры, а также обеспечить соответствующие условия ее эксплуатации и хранения.

Для повышения надежности транзисторов в эксплуатации необходимо выбирать рабочие режимы с коэффициентами нагрузки по напряжению и мощности в диапазоне 0,7 – 0,8. Однако следует учесть, что снижение рабочих токов может привести к снижению устойчивости их работы в диапазоне температур. Использование более высокочастотных типов транзисторов в низкочастотных схемах нежелательно, т.к. они склонны к самовозбуждению и имеют более высокую стоимость.

При применении мощных транзисторов необходимо обеспечит правильный тепловой режим работы, чтобы температура корпуса транзисторов не превышала допустимую, т.к. может возникнуть тепловой пробой p-n-перехода. Обеспечение оптимального теплового режима транзисторов играет первостепенную роль при создании надежной аппаратуры.

Для увеличения коэффициента усиления транзисторов используется их каскадное включение. Такие транзисторы называются составными транзисторами, или схемами Дарлингтона рис. 13.

Для схемы Дарлингтона коэффициент усиления по току , где и - соответственно коэффициенты усиления первого и второго транзисторов.

Структура составного транзистора может быть построена с использованием как полевых, так и биполярных транзисторов. На рис.13 в приведена схема составного транзистора, который отличается большим входным сопротивлением и коэффициентом усиления по току, что обеспечивает возможность управления мощной нагрузкой непосредственно от маломощного источника сигнала.

Рис. 13. Схема Дарлингтона (а), коллекторная схема Дарлингтона (б), схема с использованием полевого и биполярного транзисторов (в).

1.2. Исследование входных и выходных характеристик биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Входные и выходные характеристики транзисторов используются для расчета цепей смещения и стабилизации, расчета режимов отсечки и насыщения. Семейство входных ВАХ представляет собой зависимость тока базы I_Б от напряжения база-эмиттер U_БЭ при различных значениях напряжения на коллекторе U_КЭ: I_Б=f(U_БЭ). Семейство выходных ВАХ представляет собой зависимость тока коллектора I_К от напряжения U_КЭ при различных значениях тока базы I_Б: I_К=f(I_Б, U_КЭ). Статический коэффициент передачи тока определяется как отношение тока коллектора к току базы

= ΔI_К/ ΔI_Б=(I_k1-I_k2)/( I_Б1-I_Б2) (1)

1.2.1. Исследование входной характеристики транзистора в схеме с общим эммитором

Исходные данные:

Таблица 2.

Задача исследования:

· Снять зависимость I_Б=f(U_БЭ).

Схема для исследования входной ВАХ транзистора, представлена на рис. 14.

Рис. 14.

Схема на рис. 14 состоит из источника тока, батареи, исследуемого транзистора и подключенных измерительных приборов, предназначенных для измерения I_Б и напряжений U_БЭ и U_КЭ.