Статические характеристики биполярного транзистора
Эти характеристики показывают графическую зависимость между токами и напряжениями транзистора и могут применяться для определения некоторых его параметров, необходимых для расчета транзисторных схем. Наибольшее применение получили статические входные и выходные характеристики.
Рис. 10 — Входные характеристики германиевого транзистора типа р-n-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Входные статические характеристики представляют собой вольтамперные характеристики эмиттерного электронно-дырочного перехода (ЭДП). Если транзистор включен по схеме с общей базой, то это будет зависимость тока эмиттера от напряжения на эмиттерном переходе (рис. 10, а). При отсутствии коллекторного напряжения ( = 0) входная характеристика представляет собой прямую ветвь вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП, подобную ВАХ диода. Если на коллектор подать некоторое напряжение, смещающее его в обратном направлении, то коллекторный ЭДП расширится и толщина базы вследствие этого уменьшится. В результате уменьшится и сопротивление базы эмиттерному току, что приведет к увеличению эмиттерного тока, то есть характеристика пройдет выше.
При включении транзистора по схеме с общим эмиттером входной характеристикой будет графическая зависимость тока базы от напряжения на эмиттерном переходе . Так как эмиттерный переход и при таком включении остается смещенным в прямом направлении, то входная характеристика будет также подобна прямой ветви вольтамперной характеристики эмиттерного ЭДП (рис. 10, б).
Выходные статические характеристики биполярного транзистора — это вольтамперные характеристики коллекторного электронно-дырочного перехода, смещенного в обратном направлении. Их вид также зависит от способа включения транзистора и очень сильно от состояния, а точнее — режима работы, в котором находится эмиттерный ЭДП.
Если транзистор включен по схеме с общей базой (ОБ) и =0, то есть цепь эмиттера оборвана, то эмиттерный ЭДП не оказывает влияния на коллекторный переход. Так как на коллекторный ЭДП подано обратное напряжение, то выходная характеристика, представляющая собой зависимость тока коллектора от напряжения между коллектором и базой , будет подобна обратной ветви ВАХ диода (нижняя кривая на рис. 11, а). Если же на эмиттерный ЭДП подать прямое напряжение, то появится ток эмиттера , который создаст почти такой же коллекторный ток . Чем больше прямое напряжение на эмиттерном ЭДП, тем больше значения эмиттерного и коллекторного токов и тем выше располагается выходная характеристика.
Рис. 11 — Выходные характеристики германиевого транзистора типа р-п-р в схемах с ОБ (а) и ОЭ (б)
Сказанное справедливо и при включении биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Разница состоит лишь в том, что в этом случае выходные характеристики снимают не при постоянных значениях тока эмиттера, а при постоянных значениях тока базы (рис. 11, б), и идут они более круто, чем выходные характеристики в схеме с ОБ.
При чрезмерном увеличении коллекторного напряжения происходит пробой коллекторного ЭДП, сопровождающийся резким увеличением коллекторного тока, разогревом транзистора и выходом его из строя. Для большинства транзисторов напряжение пробоя коллекторного перехода лежит в пределах от 20 до 30 В
Это важно знать при выборе транзистора для заданного напряжения источника питания или при определении необходимого напряжения источника питания для имеющихся транзисторов
Увеличение температуры вызывает возрастание токов транзистора и смещение его характеристик. Особенно сильно влияет температура на выходные характеристики в схеме ОЭ (рис. 12).
Рис. 12 — Зависимость выходных статических характеристик транзистора от температуры:
а — в схеме с ОБ, б — в схеме с ОЭ.
3.2. Физические процессы в биполярном транзисторе типа p-n-p
Рассмотрим движение носителей заряда через структуру транзистора, которые
протекают в выводах эмиттера, базы и коллектора, при условии, что на
ЭП подано прямое напряжение, а на КП — обратное (т.е. транзистор работает
в активном режиме).
Значение токов, протекающих через структуру транзистора, определяется
не только напряжениями, которые подаются на эмиттерный и коллекторный
переходы, но и взаимодействием этих переходов между собой. Взаимодействие
переходов, в свою очередь, зависит от расстояния между ними, т.е. от
ширины области базы — W.
На рисунке 3.3 показаны движение носителей заряда в структуре p-n-p
транзистора и токи, протекающие во внешних выводах.
Если ширина базы W меньше диффузионной длины пробега неосновных носителей
заряда в базе (рис.3.3
), то значение тока, протекающего через КП, определяется следующими
причинами:
1) т.к. в этом случае ширина базы гораздо меньше ширины области коллектора,
то и количество неосновных носителей заряда, возникающих при данной
температуре в области базы ( ),
будет гораздо меньше количества неосновных носителей заряда, возникающих
в области коллектора ( ),
и можно считать, что
, где Jko
ток неосновных носителей заряда koп
2) дырки, которые диффузионно переходят из эмиттера в базу над снизившимся
потенциальным барьером эмиттерного перехода, в базе продолжают двигаться
диффузионно в основном в сторону коллекторного перехода. А т.к. ширина
базы меньше их диффузионной длины пробега, то они достигнут коллекторного
перехода в количестве тем больше, чем меньше ширина базы. Однако, вследствие
дисперсии, т.е. беспорядочного теплового движения носителей, какая-то
часть дырок не доходит до КП из-за процесса рекомбинации на поверхности,
у базового вывода или в толще базы, в следствии этого в цепи базы появляется
базовый ток .
Величина, характеризующая долю тока эмиттера, достигающую коллекторного
перехода. называется коэффициентом передачи постоянного тока эмиттера
и обозначается .
Тогда ток коллектора:
Таким образом, ток через КП для случая
(для p-n-p транзистора) является суммой двух составляющих — тока дырок,
инжектированных из эмиттера в базу, и нулевого коллекторного тока .
В толщине базы протекает
и рекомбинационный ток, но в силу того, что процесс рекомбинации в базе
резко уменьшается, рекомбинационная составляющая тока базы тоже мала
.
Соответственно во внешних выводах эмиттера, базы и коллектора будут
протекать токи:
вывод эмиттера ,
вывод коллектора ,
вывод базы
где — является
рекомбинационной составляющей тока базы, величина которой зависит от
величины прямого напряжения, приложенного к ЭП. — ток неосновных
носителей заряда, величина которого от приложенного напряжения почти
не зависит.
Если p-n-p транзистор, работающий как усилитель электрических колебаний,
включен в схему так, как это показано на рис.3.4, то включение последовательно
с источником
переменного напряжения
приведет к появлению переменных составляющих тока эмиттера ,
тока коллектора и
тока базы ,
которые будут накладываться на постоянные составляющие. Так же как и
постоянные токи, протекающие через p-n-p транзистор, переменные токи
являются функциями напряжения. Если на вход подается синусоидальное
напряжение, то оно вызовет синусоидальные изменения плотности дырок
в эмиттерном и коллекторном переходах, т.е. синусоидальные изменения
переменных токов эмиттера, коллектора и базы.
Переменный ток, протекающий через ЭП, равен сумме электронного и дырочного
токов, причем для p-n-p транзистора только дырочная составляющая проходит
последовательно ЭП, обладающий малым сопротивлением и КП, обладающий
большим сопротивлением, т.е. создает условия для усиления электрических
колебаний.
Поэтому на практике для характеристики усилительных свойств транзистора
пользуются коэффициентом передачи тока эмиттера или, как его иначе называют,
коэффициентом усиления по току a, который
является отношением общего коллекторного переменного тока к общему эмиттерному
переменному току в режиме короткого замыкания коллектора на базу по
переменному току.
Достоинства и недостатки составных транзисторов
Мощность и сложность транзистора Дарлингтона может регулироваться через увеличение количества включённых в него биполярных транзисторов. Существует также , который включает в себя биполярный и , используется в сфере высоковольтной электроники.
Главным достоинством составных транзисторов считается их способность давать большой коэффициент усиления по току. Дело в том, что, если коэффициент усиления у каждого из двух транзисторов будет по 60, то при их совместной работе в составном транзисторе общий коэффициент усиления будет равен произведению коэффициентов входящих в его состав транзисторов (в данном случае — 3600). Как результат — для открытия транзистора Дарлингтона потребуется довольно небольшой ток базы.
Недостатком составного транзистора считается их низкая скорость работы, что делает их пригодными для использования только в схемах работающих на низких частотах. Зачастую составные транзисторы фигурируют как компонент выходных каскадов мощных низкочастотных усилителей.
Как проверить транзистор Дарлингтона
Самый простой способ проверки составного транзистора заключается в следующем:
- Эмиттер подсоединяется к «минусу» источника питания;
- Коллектор подсоединяется к одному из выводов лампочки, второй её вывод перенаправляется на «плюс» источника питания;
- Посредством резистора к базе передаётся плюсовое напряжение, лампочка светится;
- Посредством резистора к базе передаётся минусовое напряжение, лампочка не светится.
Если всё получилось так, как описано, то транзистор исправен.
Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на , буду рад если вы найдете на моем еще что-нибудь полезное.
просмотров
Наиболее важные параметры.
Коэффициент передачи тока от 15 и выше.
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер – 60 в, импульсное – 160 в – у КТ805А, КТ805АМ. 135 в – у КТ805Б, КТ805БМ, КТ805ВМ.
Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при коллекторном токе 5 А и базовом 0,5А: У транзисторов КТ805А, КТ805АМ – не более 2,5 в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ – 5 в.
Напряжение насыщения база-эмиттер при коллекторном токе 5 А и базовом 0,5А: У транзисторов КТ805А, КТ805АМ – не более 2,5 в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ – 5 в.
Максимальный ток коллектора. – 5 А.
Обратный импульсный ток коллектора при сопротивлении база-эмиттер 10Ом и температуре окружающей среды от +25 до +100 по Цельсию, у транзисторов КТ805А, КТ805АМ – – не более 60 мА, при напряжении колектор-эмиттер 160в. У транзисторов КТ805Б, КТ805БМ – – не более 70 мА, при напряжении колектор-эмиттер 135в.
Обратный ток эмиттера при напряжении база-эмиттер 5в не более – 100 мА.
Рассеиваемая мощность коллектора(с теплоотводом). – 30 Вт.
Граничная частота передачи тока – 20 МГц.
Транзисторы КТ805 и качер Бровина.
Качер Бровина – черезвычайно популярное устройство, представляющее из себя фактически, настольный трансформатор Тесла – источник высокого напряжения. Схема самого генератора предельно проста – он очень напоминает обычный блокинг-генератор на одном транзисторе, хотя как утверждают многие, им вовсе не является.
В качере(как в общем-то и в блокинг-генераторе) теоретически, можно использовать любые транзисторы и радиолампы. Однако, практически очень неплохо себя зарекомендовали именно транзисторы КТ805, в частости – КТ805АМ.
В самостоятельной сборке качера самый серьезный момент – намотка вторичной обмотки(L2). Как правило она содержит в себе от 800 до 1200 витков. Намотка производится виток, к витку проводом диаметром 0,1 – 0,25 мм на диэлектрическое основание, например – пластиковую трубку. Соответствено, габариты полученного трансформатора (длина) напрямую зависят от толщины используемого провода. Диаметр каркаса при этом некритичен – может быть от 15мм, но при его увеличении эффективность качера должна возрастать (как и ток потребления).
После намотки витки покрываются лаком(ЦАПОН). К неподключенному концу катушки можно подсоединить иглу – это даст возможность наблюдать «стример» – коронообразное свечение, которое возникнет на ее кончике, во время работы устройства. Можно обойтись и без иглы – стример точно так же будет появляться на конце намоточного провода, без затей отогнутого к верху.
Вторичная обмотка представляет из себя бескаркасный четырехвитковой соленоид намотаный проводом диаметром(не сечением!) от 1,5 до 3 мм. Длина этой катушки может составлять от 7-8 до 25-30 см, а диаметр зависит от расстояния между ее витками и поверхностью катушки L2. Оно должно составлять 1 – 2 см. Направление витков обеих катушек должно совпадать обязательно.
Резисторы R1 и R2 можно взять любого типа с мощностью рассеивания не менее 0,5 Вт. Конденсатор C1 так же любого типа от 0,1 до 0,5 мФ на напряжение от 160 в. При работе от нестабилизированного источника питания необходимо подсоединить параллельно C1 еще один, сглаживающий конденсатор 1000 – 2000 мФ на 50 в. Транзистор обязательно устанавливается на радиатор – чем больше, тем лучше.
Источник питания для качера должен быть рассчитан на работу при токе до 3 А (с запасом), с напряжением от 12 вольт, а желательно – выше. Будет гораздо удобнее, если он будет регулируемым по напряжению. Например, в собранном мной образце качера, при диаметре вторичной катушки 3 см (длина – 22см), а первичной – 6см (длина – 10 см) стример возникал при напряжении питания 11 в, а наиболее красочно проявлялся при 30 в. Причем, обычные эффекты, вроде зажигания светодиодных и газоразрядных ламп на расстоянии, возникали уже с начиная с уровня напряжения – 8 в.
В качестве источника питания был использован обычный ЛАТР + диодный мост + сглаживающий электролитический конденсатор 2000 мФ на 50 в. Больше 30 вольт я не давал, ток при этом не превышал значения в 1 А, что более чем приемлимо для таких транзисторов как КТ805, при наличии приличного радиатора.
При попытке заменить(из чистого интереса) КТ805 на более брутальный КТ8102, обнаружилось что режимы работы устройства значительно поменялись. Заметно упал рабочий ток. Он составил всего – от 100 до 250 мА. Но стример стал загораться только при достижения предела напряжения 24 в, при напряжении 60 в выглядя гораздо менее эффектно, нежели с КТ805 при 30.
Наличие искажений в различных классах НЧ-усилителей
Рабочая область транзисторного усилителя класса «А» характеризуется достаточно небольшими нелинейными искажениями. Если входящий сигнал выбрасывает импульсы с более высоким напряжением, это приводит к тому, что транзисторы насыщаются. В выходном сигнале возле каждой гармоники начинают появляться более высокие (до 10 или 11). Из-за этого появляется металлический звук, характерный только для транзисторных усилителей.
При нестабильном питании выходной сигнал будет по амплитуде моделироваться возле частоты сети. Звук станет в левой части частотной характеристики более жестким. Но чем лучше стабилизация питания усилителя, тем сложнее становится конструкция всего устройства. УНЧ, работающие в классе «А», имеют относительно небольшой КПД – менее 20 %. Причина заключается в том, что транзистор постоянно открыт и ток через него протекает постоянно.
Возможно, вам также будет интересно
Часть 1. Часть 2. Часть 3. Часть 4. Основные характеристики конденсаторов Конденсатор представляет собой пассивный радиоэлемент, состоящий из двух и более металлических пластин (обкладок), разделенных диэлектриком, и способный накапливать электрические заряды на обкладках, если к ним приложена разность потенциалов. Простейший конденсатор — это двухполюсник, состоящий из двух пластин (обкладок), которые разделены диэлектриком, толщина которого мала по сравнению с размерами пластин. В цепи постоянного тока конденсатор
Введение Фазированная антенная решетка (ФАР) — это антенна, состоящая из нескольких отдельных излучающих элементов, каждый из которых возбуждается высокочастотным сигналом, контролируемым при помощи фазовращателей таким образом, чтобы радиоизлучение от отдельных антенн суммировалось и увеличивалось в выбранном направлении, а в нежелательных направлениях — подавлялось. По сравнению со всенаправленными антеннами, ФАР имеют такие преимущества, как более высокая направленность и скорость управления лучом (перемещение может быть осуществлено за несколько миллисекунд)
Для проектирования интегральных схем требуются специальные библиотеки компонентов и техпроцессов от производителя, но для реализации сложных проектов необходимые дополнительные модели. В статье на практическом примере рассматривается решение, которое позволило создать недостающие структуры в виде параметризованных ячеек PCell с помощью системы проектирования Analog Office. Все пассивные компоненты схемы моделировались как отдельные структуры с помощью ЭМ-симулятора AXIEM.