Компьютерная электроника Лекция 9. Статические характеристики биполярного транзистора

Статические характеристики транзистора Для рассмотрения свойств транзисторов и выполнения практических расчетов транзисторных схем применяют статические характеристики, которые отражают связи между постоянными токами и напряжениями в транзисторе. Различают четыре вида статических характеристик: входная I вх = f(U вх ) при U вых = const; выходная I вых = f(U вых ) при I вх = const; прямой передачи I вых = f(I вх ) при U вых = const; обратной передачи U вх = f(U вых ) при I вх = const. Характеристики прямой и обратной передачи используются редко, поскольку первая представляет собой прямую, наклон которой определяется коэффициентом передачи тока, а вторая представляет собой постоянную величину на уровне ( ).

Статические характеристики схемы ОБ Входная характеристика Поясним характеристики по приведенной схеме, для чего определим падение напряжения на p-n-переходе: U pn = E 1 + r б *I кб0 – r б *I б.

Статические характеристики схемы ОБ Входные характеристики I э = f(U эб ) при U кб = const аналогичны характеристике для прямого тока диода, поскольку ток эмиттера является входным током. При U кб = 0 характеристика идет из начала координат, так как ток равен нулю. А если U кб > 0, то характеристика проходит немного выше, в основном, по двум причинам: 1 увеличивается обратный ток коллектора I кб0. Поясним это U к W I кб0 U pn I э, где W – ширина p-n перехода;

Статические характеристики схемы ОБ 2 уменьшается ток базы из-за эффекта Эрли, который проявляется во влиянии обратного напряжения на коллекторном переходе на токи биполярного транзистора. При увеличении напряжения на коллекторе возрастает ширина обеднённой области p-n перехода, что приводит к уменьшению ширины базы и, следовательно, базового тока. U к W L I б U pn I э, где L – ширина области базы.

Статические характеристики схемы ОБ При I э =0 характеристика проходит через начало координат. Это обычная характеристика обратного тока n-p- перехода. При некотором значении U кб начинается электрический пробой коллекторного перехода и ток коллектора резко возрастает. Рабочие участки выходных характеристик для различных I э представляют собой прямые линии, идущие с очень небольшим наклоном, что означает малое влияние напряжения коллектора на ток коллектора. Выходная характеристика

Статические характеристики схемы ОБ При увеличении коллекторного напряжения ток возрастает, в основном, из-за эффекта Эрли. При перемене знака напряжения на коллекторе уже при небольших его значениях ток коллектора резко уменьшается, а затем изменяет свое направление и резко возрастает. Это объясняется тем, что в этом случае коллекторное напряжение перехода становится прямым. На выходных характеристиках выделяют три участка: I - быстрого изменения тока коллектора; II - насыщения; II - пробоя. Выходные характеристики на втором участке описываются соотношением: I к = *I э + I кб0 + U кб /r к, где r к – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода.

Статические характеристики схемы ОЭ Входная характеристика

Статические характеристики схемы ОЭ Характеристика при U кэ = 0 идет из начала координат, так как, если все напряжения равны нулю, нет никакого тока. При U к-э >0 характеристика сдвигается вправо, в основном, по двум причинам: 1 увеличивается обратный ток коллектора; 2 уменьшается ток базы из-за эффекта Эрли.

Статические характеристики схемы ОЭ На выходных характеристиках выделяют три участка: I - быстрого изменения тока коллектора; II - насыщения; III - пробоя. Первая характеристика при I б = 0 выходит из начала координат и представляет собой характеристику обратного тока полупроводникового диода. Условие I б = 0 соответствует разомкнутой цепи базы. При этом через весь транзистор от эмиттера к коллектору проходит сквозной ток I кэ0. Если I б >0, то выходная характеристика расположена выше, чем при I б = 0, и тем выше, чем больше ток I б. Выходная характеристика

Статические характеристики схемы ОЭ На первом участке происходит резкое возрастание коллекторного тока, так как напряжение на коллекторе незначительно и поэтому коллекторный переход включен в прямом направлении. На втором участке коллекторный переход закрывается, крутизна характеристик уменьшается, они идут практически параллельно оси абсцисс. Положение каждой из выходных характеристик зависит, главным образом, от значения тока базы. Получим аналитическое описание выходных характеристик, применив основное уравнение токов транзистора в схеме ОБ. I к = *I э + I кб0 + U кб /r к. Учтем, что для схемы ОЭ I k = f (I б ) и I э = I k + I б. Следовательно I k = *I k + *I б + I kб0 + U k /r k.

Статические характеристики схемы ОЭ Решая уравнение относительно I k, получим I k = [ /(1- )]*I б + I kб0 /(1- )+ U k /[r k *(1- )]. Вводят обозначения: = /(1- ) - коэффициент усиления по току схемы ОЭ. Учтем, что 1/(1- )= 1+, и после преобразования получим I k = *I б +(1+ ) *I kб0 + U к *(1+ )/r k = *I б + I kэ0 + U k /r * k. ; где I kэ0 = (1+ ) *I kб0 – обратный ток коллекторного перехода схемы ОЭ. r * k = r k /(1+ ) – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода схемы ОЭ.

Статические характеристики схемы ОК Статические характеристики схемы ОК во многом сходны со статическими характеристиками схемы с ОЭ, так как в обеих схемах входным является ток базы, а выходные токи отличаются весьма незначительно. Поэтому в справочниках статические характеристики схемы ОК обычно не приводят. Для практических расчетов в качестве выходных характеристик применяют одноименные характеристики схемы ОЭ, заменяя ток коллектора на ток эмиттера. Входные статические характеристики схемы ОК совпадают по форме со статическими характеристиками схемы ОЭ, по сдвинуты по оси напряжений на значение падения напряжения на коллекторном переходе.

Параметры математической модели БТ в САПР Micro-Cap8 Самостоятельно рассмотреть эквивалентную схему Эберса-Молла для биполярного транзистора, которая применяется в САПР Micro-Cap8. В лабораторной работе исследовать влияние на характеристики следующих параметров БТ: IS - ток насыщения при температуре 27 С; BF и BR - максимальный коэффициент усиления тока в нормальном и инверсном режиме соответственно в схеме ОЭ; RC, RE и RB - объемное сопротивление коллектора, эмиттера и базы; TF, TR - время переноса заряда через базу в нормальном и инверсном режиме соответственно; CJE и CJC - емкость соответственно эмиттерного и коллекторного перехода при нулевом смещении.