Измерения параметров транзисторов — Документ

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ

А. СОБОЛЕВСКИЙ

Журнал Радио 12 номер 1971 год.

/literature/radio/197112/p43-45.html

Как оценить качество транзистора? Какие параметры транзистора надо знать, чтобы предугадать его работу в приемнике, усилителе? Как измерить эти параметры?

Транзистор является трехэлектродным полупроводниковым прибором. В нем два р-n перехода: эмиттерный — между эмиттером и базой, и коллекторный — между коллектором и базой. Упрощенная схема транзистора, структуры р-n-р изображена на рис. 1. Эмиттерный переход включен в прямом направлении — к эмиттеру подключен положительный, а к базе отрицательный полюса батареи Б1. Ток эмиттера Iэ, текущий через этот р-n переход, быстро растет с увеличением напряжения Uэб. Напряжение Uэб для маломощного транзистора не должно превышать нескольких долей вольта, иначе эмиттерный переход, будет разрушен.

Коллекторный р-n переход включают, наоборот, в обратном направлении — к коллектору подключают минус, а к базе — плюс питающей батареи. Через переход идет небольшой обратный ток коллектора Iк0. У исправных маломощных транзисторов Iк0 не превышает нескольких микроампер, а у мощных транзисторов — сотен микроампер. Обратный ток коллектора практически не зависит от величины напряжения Uкб.

При одновременном включении обоих р-n переходов транзистора, как это показано на рис. 1, ток цепи коллектора Iк значительно возрастет и будет слагаться из двух его составляющих: обратного тока коллектора Iк0 и части тока эмиттера, проходящей через эмиттерный и коллекторный переходы. Из рис. 1 видно, что не весь ток эмиттера Iэ превращается в ток коллектора, а часть его ответвляется в базу. Таким образом ток базы Iб=Iэ- Iк.

Отношение величины тока коллектора к току эмиттера принято обозначать буквой α («альфа») и называть коэффициентом передачи тока:

Так как ток коллектора Iк меньше тока эмиттера Iэ, то коэффициент α всегда меньше единицы. У хороших транзисторов коэффициент α весьма близок к единице (0,95—0,99).

Вторая составляющая коллекторного тока равна αIэ, то есть ток коллектора Iк=αIэ+Iко.

Ток эмиттера Iэ можно легко менять в больших пределах, изменяя напряжение Uэб. При этом будет изменяться и ток коллектора, так как его составляющая αIэ зависит от тока эмиттера. Но изменение тока коллектора происходит в цепи с большим, чем в цепи эмиттер-база, напряжением, и если сопротивление его нагрузочного резистора Rн достаточно большое (килоомы и более), на нем возникает значительное по величине падение напряжения. Следовательно, если амплитуда изменения напряжения в цепи эмиттерного перехода измеряется сотыми долями вольта, то в цепи коллекторного перехода она будет измеряться уже десятыми долями вольта, то есть произойдет усиление сигнала по напряжению и мощности.

Поскольку коэффициент α всегда меньше единицы, поэтому транзистор, казалось бы, не дает усиления по току. Но это только в том случае, если общим электродом входной и выходной цепей транзистора является база, то есть транзистор включен по схеме с общей базой (см. рис. 1). Но транзистор можно включить по схеме с общим эмиттером (рис. 2), когда общим электродом входной и выходной цепей служит эмиттер. В этом случае входным током является ток базы Iб, и коэффициентом усиления транзистора, обозначаемым буквой β («бета»), будет отношением выходного тока коллектора Iк к току базы то есть

Если в эту формулу подставить выражения для Iк и Iб, уже приведенные здесь, и пренебречь током Iк0, поскольку он очень мал по сравнению с составляющей коллекторного тока αIэ, коэффициент β можно подсчитать по формуле:

Подставьте в эту формулу любое значение α, и вы убедитесь, что коэффициент β всегда больше единицы. Например, при α=0,9 коэффициент β=9. Таким образом, если при включении транзистора по схеме с общей базой происходит усиление по напряжению, то при включении его по схеме с общим эмиттером происходит усиление и по току, то есть входной ток базы Iб всегда меньше выходного тока коллектора Iк. Чем больше коэффициент β, тем, естественно, больше усиление входного сигнала.

Итак, ток цепи коллектора слагается из составляющей αIэ, управляемой током базы Iб, и неуправляемой составляющей Iк0. Обратный ток коллектора Iк0 так мал, что говорить о том, что он снижает максимальную мощность транзистора и понапрасну растрачивает энергию, питания, можно лишь теоретически. Но беда в том, что ток Iк0 сильно зависит от температуры — такова его физическая природа. Этим он и наносит транзисторной аппаратуре большой вред.

Если базу транзистора соединить с эмиттером через резистор небольшого сопротивления (500—1000 ом для маломощных транзисторов), то в коллекторной цепи установится начальный ток коллектора Iкн=Iк0x(β + 1). Это неуправляемая составляющая коллекторного тока транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Ток Iкн, как видите, зависит от тока Iк0 германиевых транзисторов. Ток Iк0 примерно удваивается на каждые 10°С повышения температуры. И хотя сам ток Iк0 невелик, но при его изменении увеличивается начальный ток коллектора Iкн, который больше его в β + 1 раз. Например, если ток Iк0 при температуре 20 °С составлял 5 мка, то при увеличении температуры транзистора до 40 °С ток Iк0 возрастет до 20 мка. Возрастание тока Iк0 на 15 мка — это еще не так много. Но если транзистор имеет коэффициент усиления β =25, то начальный ток коллектора изменится с Iкн1=5 (25+l) = 130 мка до Iкн2= 20 (25+1)=520 мка, то есть на 390 мка!

При нормальной работе транзистора к неуправляемой составляющей тока коллектора добавляется управляемая составляющая Iб•β, в связи с чем общая формула коллекторного тока принимает такой вид: IК=IКН+ Iб•β. Таким образом изменение тока Iкн почти на 0,4 ма при увеличении температуры на 20 °С вызовет такое же изменение тока коллектора, а значит и изменение режима работы транзистора и всех параметров транзисторного каскада.

Для борьбы с этим неприятным явлением в транзисторные каскады вводят специальные цепи, компенсирующие изменения токов, вызываемые колебаниями температуры окружающей среды и самого транзистора. Тем не менее транзистор стараются подобрать с возможно малым обратным током коллектора Iко, чтобы возможно меньшими были температурные изменения коллекторного тока. Что же касается начального тока коллектора Iкн, то он зависит как от величины обратного тока Iк0, так и от коэффициента β. Чем больше Iк0 и β , тем больше ток Iкн.

Выбирая транзистор, надо особое внимание обратить на устойчивость токов Iк0 и IКн — они не должны изменяться самопроизвольно. Транзистор с нестабильными токами Iк0 и Iкн работает неустойчиво.

Как же измерить токи Iк0 и Iкн?

Схема для измерения тока Iк0 показана на рис. 3. На коллектор подается обратное напряжение UK= 2÷5 в. Резистор R0, ограничивающий ток, служит защитой измерительных приборов на случай, если транзистор окажется с пробитым коллекторным переходом. Сопротивление R0 выбирают из условия R0=0,1 Uкб/Iк0. Прибор mА должен показывать единицы микроампер.

Измеренный ток Iк0 позволяет оценить качество только коллекторного перехода транзистора. А вот по начальному току коллектора Iкн, измеренному по схеме на рис. 4, можно судить о работоспособности уже всего транзистора, так как в этом случае включены оба его р-n перехода. Резистор Rб (для маломощных транзисторов — 500 — 1000 ом, для мощных — 1 — 2 ома) обязательно должен быть включен между базой и эмиттером, иначе результаты измерений будут искажены.

Такие измерения можно производить вольтметром с очень высоким входным сопротивлением.
Надо сказать, что в последнее время ведется работа по унификации обозначения параметров транзисторов. Ток Iк0 все чаще обозначают Iкбо к называют начальным током коллекторного перехода, а ток Iкн обозначают Iкзк и называют начальным током короткого замыкания.

С измерением коэффициента усиления транзистора дело обстоит сложнее. Объясняется это тем, что для более точного определения коэффициентов α и β надо измерять не постоянные токи, как говорилось ранее, Iб, Iэ и Iк, а очень малые приращения этих токов, то есть производить измерения на переменном токе и при малом сигнале:

при неизменном напряжении Uкб

неизменном напряжении U кэ

Эти коэффициенты зависят, кроме того, от тока эмиттера, поэтому для каждого типа транзистора рекомендуют определенный ток эмиттера, при котором значение коэффициента усиления близко к максимальному. Правда, коэффициенты усиления зависят и от напряжения на коллекторе, но слабо. Эта зависимость сказывается только при очень малых коллекторных напряжениях, при которых транзистор обычно не эксплуатируют, либо при очень больших напряжениях, близких к максимально допустимым. И хотя при повышенных напряжениях коэффициенты усиления резко увеличиваются, такой режим работы транзистора практически не используется, так как очень возрастает опасность пробоя коллекторного перехода.

Итак, чтобы измерить коэффициент усиления транзистора, надо, во-первых, поставить транзистор в определенный режим работы по постоянному току, то есть установить необходимые UK3 и Iэ, а, во-вторых, вести измерение на переменном токе, измеряя малые приращения токов его электродов. Все это усложняет измерения и требует чувствительных и точных приборов, ибо измерять малые приращения токов не так-то просто.

Радиолюбители обычно пользуются более простыми методами измерения коэффициента усиления транзистора. Чаще всего этот параметр измеряют на постоянном токе, то есть измеряют не α или β , а статический коэффициент усиления ВСТ, представляющий собой отношение ВСТ = IК/Iб но при условии, что ток коллектора и ток базы много больше тока Iко.

Коэффициент Вст обычно не равен коэффициенту β при малых токах коллектора он меньше β при больших — больше. Ошибка не столь велика (не более 30—40%) и в любительской практике ею можно пренебречь.

Радиолюбители часто коэффициент Вст измеряют при фиксированном токе базы Iб (рис. 5). В этом случае электроизмерительный прибор, включенный в коллекторную цепь транзистора, показывает ток коллектора Iк, который в Вст раз больше тока Iб. Шкалу прибора можно проградуировать непосредственно в значениях Вст. Казалось бы, просто, но за эту простоту приходится расплачиваться погрешностями измерения.

Дело в том, что при таких измерениях не учитывается влияние начального тока коллектора Iкн=Iко (β+1), а ведь IH=IKH+Iбβ. Ток Iкн зависит от тока Iк0 и коэффициента β, следовательно, у разных транзисторов он будет неодинаков и внесет различную погрешность в измерения. Далее: предполагается, что ток базы всегда один и тот же, поскольку сопротивление Rб велико (ток базы определяют по формуле Iб= Uб/Rб и для маломощных транзисторов устанавливают равным 50—100 мка). Фактически же ток базы определяетЧтобы уменьшить искажения, надо измерять и ток базы, для чего прибор придется несколько усложнить (рис. 6). Пользуясь таким прибором, можно, во-первых, устанавливать два значения тока базы, например, 50 и 100 мка, а во-вторых, производить измерения таким образом, что будет уменьшена погрешность, связанная с влиянием тока Iко. Для этого сначала измеряют ток коллектора Iк1 при положении переключателя В на контакте -1 (ток базы Iб1), затем переключатель переводят в положение 2 и измеряют новые значения токов Iк2 и Iб2. Коэффициент Вст вычисляют по формуле:

Кстати, коэффициент Вст можно измерять при фиксированном токе коллектора, как это показано на рис. 7. Переменным резистором R1 устанавливают ток Iк, равным, например, 1 ма, а шкалу этого резистора градуируют непосредственно в значениях Вст (исходя из предположения, что Вст=Iк/Iб). Резистор R2 ограничивает ток базы.

Подобными простыми приборами вполне можно пользоваться, так как в подавляющем большинстве случаев радиолюбителя транзистор интересует прежде всего с точки зрения его работоспособности. Конечно, при их помощи нельзя определить, что транзистор, например, имеет коэффициент β именно 30, а не 25 и не 35. Но ведь такой точности радиолюбителю и не нужно, она необходима только для инженерных расчетов, когда сначала за письменным столом или на макете определяются допустимые отклонения коэффициентов усиления транзисторов для конкретного устройства, а затем в цехе проводится соответствующий подбор транзисторов. Радиолюбитель же обычно подбирает другие детали устройства под имеющиеся транзисторы, а не наоборот, как это бывает в промышленности.

В заключение скажем, что по новой терминологии коэффициент α, измеренный на переменном токе в схеме с общей базой, обозначают h41б и называют коэффициентом передачи тока; коэффициент β, измеренный на переменном токе в схеме с общим эмиттером, обозначают h41э и называют коэффициентом передачи тока на малом сигнале, а коэффициент Вст обозначают h41э — то же, что h41э, но на большом сигнале.

ЛИТЕРАТУРА

1. В. П. Морозов. Радиолюбительские приборы дня проверки транзисторов. Изд-во ДОСААФ, 1965.

2. В. А. Васильев. Радиолюбителю о транзисторах. Изд-во ДОСААФ, 1967.

3. И. П. Жеребцов. Основы электроники. «Энергия», 1967.

4. Транзисторы (справочник) под ред. И. Ф. Николаевского. «Связь», 1969.

5. Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам под ред. Н. Н. Горюнова. «Энергия», 1968

Испытатель Транзисторов

/shemes/showpage/0/92/1.html

В испытателе всего два переключателя, которыми выключают питание и переключают его полярность в зависимости от структуры проверяемого транзистора. Кроме того, помимо определения статического коэффициента передачи h41э, обратного тока коллектора Iкбо, обратного тока эмиттера Iэбо транзистора, прибором можно проверять диоды и оксидные конденсаторы. При этом по стрелочному индикатору испытателя нетрудно определить обратный ток диода или ток утечки конденсатора.    Для проверки транзистора его выводы вставляют в гнезда XS1-XS3 и нажимают кнопку SB1 или SB2 в зависимости от структуры транзистора. Батарея GB1 подключается к деталям испытателя в той или иной полярности. Вступает в действие стабилизатор напряжения, составленный из стабилитрона VD1 и одного из балластных резисторов — R1 или R2. На базе соответствующего транзистора относительно подвижного контакта переключателя SB2.1 появляется стабилизированное напряжение. Оно необходимо для получения стабильного тока эмиттера испытываемого транзистора, при котором измеряется коэффициент передачи. В данном приборе этот ток выбран равным 3 мА (он зависит от сопротивления резистора R3).    В зависимости от коэффициента передачи тока испытываемого транзистора, в его базовой цепи, в значит, и через стрелочный индикатор РА1, будет протекать соответствующий ток. По отклонению стрелки индикатора и определяют коэффициент передачи.

Рис.1 Принципиальная схема

Кроме указанных на схеме, в приборе можно использовать другие кремниевые транзисторы соответствующей структуры и со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30, а также другие кремниевые диоды (например, Д104А серий Д223, Д220) с прямым напряжением около 1 В. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125, подстроенный — любой конструкции. Источник питания — батарея «Крона», переключатели — П2К с самовозвратом. Стрелочный индикатор — типа М906 с током отклонения стрелки на конечное деление шкалы 100 мкА и сопротивлением рамки 850 Ом. Подойдет и другой микроамперметр с аналогичными или близкими (по сопротивлению) параметрами.    Чтобы не заниматься градуировкой шкалы стрелочного индикатора (она сравнительно трудоемка), можно перенести на нее показания, приведенные на рис.2, либо составить градуировочную таблицу, в которой каждому значению тока индикатора будет указано соответствующее значение коэффициента передачи. Если шкала используемого микроамперметра других размеров, можно перенести на нее приведенные на рисунке значения известными способами (например, с помощью транспортира). Градуировку шкалы лучше всего проверить, подключая к гнездам прибора транзисторы с известным коэффициентом передачи.    После изготовления прибора соединяют проволочной перемычкой гнезда XS1 и XS2, а затем нажимают кнопку одного из переключателей. Подстроечным резистором R5 устанавливают стрелку индикатора на конечное деление шкалы — условный нуль отсчета коэффициента передачи. Если подстроечным резистором этого добиться не удается, подбирают резистор R4.    Чтобы измерить обратный ток коллектора транзистора структуры p-n-p, к прибору подключают только выводы базы и коллектора: первый — и гнезду XS2, второй — к гнезду XS1. Нажимают кнопку переключателя SB1. Для определения же обратного тока эмиттера вывод базы оставляют подключенным к гнезду XS2, а к гнезду XS1 вместо вывода коллектора подключают вывод эмиттера. При этой проверке нажимают кнопку переключателя SB2. Если же будет нажата кнопка переключателя SB1, стрелка индикатора отклонится до конечного деления шкалы.    Аналогично измеряют эти параметры у транзисторов структуры n-p-n, но нажимают в первом случае кнопку переключателя SB2, а во втором — SB1.    Проверяя диоды, подключают их выводы к гнездам XS1 и XS2. Тогда при нажатии одной кнопки стрелка индикатора отклонится до конечной отметки шкалы, а другой кнопки — на какой-то угол, соответствующий обратному току диода.    При проверке конденсаторов их выводы подключают к гнездам XS1 и XS2. Если плюсовой вывод конденсатора подключен к гнезду XS1, нажимают кнопку переключателя SB1. Ток утечки измеряют при установившемся положении стрелки индикатора.   Рис.2

Источник: Радио №5, 1987 г., стр.34
Автор: Н. Киверин, г. Яранск, Кировской обл.

Испытатель полевых транзисторов

/?area=news/1252

  В радиолюбительской практике не так уж часто возникает необходимость в применении полевых транзисторов, поэтому многие радиолюбители обычно не утруждают себя постройкой приборов для измерения их основных параметров. Между тем современные полевые транзисторы обладают рядом уникальных качеств, которые, при прочих равных условиях, недоступны их биполярным собратьям. Вспомним лишь некоторые из них: высокое входное сопротивление, большое усиление по мощности, низкий уровень собственных шумов, меньшие искажения формы входного сигнала, отсутствие вторичного теплового пробоя. Даже на заурядных полевых транзисторах серий КП103, КПЗОЗ, КП305 можно собрать всевозможные варианты схем маломощных усилителей, генераторов, детекторов, ключей, при этом созданные узлы могут получиться заметно проще, чем узлы с равноценными свойствами, выполненные исключительно с применением биполярных транзисторов.

   Чтобы эффективно применять усилительные полевые транзисторы в своих конструкциях, кроме максимально допустимых режимов работы, например, таких как максимальные ток стока, рассеиваемая мощность и напряжение сток-исток, желательно знать и другие их основные параметры. К их числу можно отнести начальный ток стока, напряжение отсечки, крутизну вольт-амперной характеристики. Эти параметры индивидуальны для каждого конкретного экземпляра транзистора и могут существенно различаться даже у однотипных транзисторов из одной партии. Для измерения этих параметров и предлагается собрать несложный прибор, схема которого изображена на рис. 5.33. Остальные важные статические и динамические параметры можно найти в справочниках.

   Предлагаемый для сборки прибор позволяет измерять начальный ток стока, напряжение отсечки, а при выполнении несложных вычислений и крутизну вольта-мперной характеристики (усилительные свойства полевого транзистора).

 

 

   Рис. 5.33

   Параметры измеряются с помощью стрелочного микроамперметра РА1, который в зависимости от положения переключателя SB2 измеряет ток стока или напряжение затвор-исток. Оба вида измерений имеют три поддиапазона — 1,5, 15, 30 миллиампер или вольт, которые выбираются трехпозиционным переключателем SB1. Если переключатель SB3 находится в верхнем по схеме положении — «р», то прибором можно проверять транзисторы с р-каналом — КП101, КП103. Если переключатель SB3 установить в положение «п», то тогда можно проверять транзисторы с п-каналом — КП302, КПЗОЗ, КП307 и другие аналогичные.

   Для проверки полевых транзисторов с каналом обедненного типа необходимо двуполярное напряжение питания. Для получения стабилизированного напряжения отрицательной полярности из однополярного прибор оснащен несложным однотактным преобразователем полярности напряжения, выполненным по знакомой многим схеме. На транзисторе VT1, трансформаторе Т1 и их внешних элементах выполнен высокочастотный преобразователь. Каскад на транзисторе VT2 выполняет функции параметрического стабилизатора напряжения -10 В. То, что для питания этого прибора достаточно одного напряжения, позволяет использовать для его питания практически любой источник энергии с одним выходным напряжением 9…12 В, например, батарею «Крона», «Ника» или 7Д-0,125Д. Стабилитрон VD6 — защитный на случай пробоя транзистора VT2. Резистор R15 предназначен для разрядки конденсатора СЗ при отключении питания. Сенсор Е1 предназначен для выравнивания потенциалов статического напряжения прибора и тела человека. Диоды VD1, VD2 защищают микроамперметр от повреждения при возможных перегрузках, например, из-за пробоя проверяемого транзистора. Светодиод HL1 светится при наличии напряжения питания.

   Детали и конструкция. В устройстве можно использовать постоянные резисторы С1-4, С2-23, МЯТ, ВС. Переменный резистор R9 может быть с выключателем питания типа СПЗ-4в, СПЗ-ЗЗ-20 сопротивлением 2,2…4,7 кОм. Конденсаторы С1, СЗ- К50-35, К50-16, К50-19. Остальные конденсаторы любые керамические или пленочные, например, КМ-5, К73-17, К73-39. Кремниевые диоды VD1, VD2 можно взять любые из серий КД521, КД522, КД105, Д223, 1 N4001-1 N4007. Диодный мост VD3 можно заменить на КЦ422 (А-Г), КД906 или четырьмя диодами КД521А. Стабилитроны: VD4 -КС533А, КС527А, 1N4752A, TZMC-33, BZX/BZV55C-33; VD5 -КС207Б, КС211Ж, 1 N4741 A, TZMC-11, BZX/BZV55C-11; VD6 -КС207В, КС212Ж, КС508А, КС512А, 1N4742A, TZMC-12, BZX/BZV55C-12. Светодиод HL1 использован красного цвета свечения, выполненный в прямоугольном корпусе 5и2,5 мм. Без каких-либо ограничений его можно заменить любым из серий L63, L1503, L1513, АЛ307, КИПД40. Транзистор VT1 может быть серий КТ602, КТ611, КТ630, 2SC2331, 2SC2316; VT2 заменяется на КТ502, КТ639, КТ644, 2SA642, 2SA916 с любым буквенным индексом. Трансформатор Т1 можно изготовить на чашечном ферритовом магнитопроводе диаметром 13 мм и высотой 8 мм от генератора тока стирания и подмагничивания отечественного носимого кассетного магнитофона, например, «Электроника-324». Обмотки 1 и 3 трансформатора содержат по 240 витков провода ПЭВ1-0.06, обмотка 2-35 витков провода ПЭВ1-0.06. Обмотки наматывают последовательно согласно нумерации. Между ними прокладывают

   по одному слою тонкой фторопластовой или полиэтилентерефта-латной пленки от конденсаторов. Трансформатор можно намотать и на кольцевом ферритовом магнитопроводе К16x13x4 из феррита М2000НМ1. Число витков обмоток и тип провода те же. РА1 — микроамперметр М4761 от индикатора уровня записи/воспроизведения катушечного магнитофона. Сопротивление рамки этого индикатора постоянному току — 1 кОм. Его можно заменить любым другим с током полного отклонения до 300 мкА, например, М4204, но в этом случае может потребоваться существенная коррекция сопротивлений резисторов R1-R6. Переключатели SB1-SB3 от импортной аудиотехники, при этом SB1 должен быть на три положения, а переключатели SB2, SB3 могут быть и типа ПД-2, 2П4Н от переключателя диапазонов карманного радиоприемника. Для подключения проверяемого транзистора удобно использовать какой-либо разъем с шагом гнезд 2,5 мм или один ряд доработанной 14-выводной DIP-панельки для микросхем [50]. Сенсор Е1 можно сделать из неисправного транзистора в металлостеклянном корпусе, например, МП39.

   На монтажной плате размещают только детали преобразователя. Диоды VD1, VD2 и резисторы R1-R8 припаиваются к контактам переключателей. В авторском варианте прибор собран в корпусе размерами 135x70x35 мм от радиоприемника «Невский».

   Налаживание. Подбором резисторов R1-R3 устанавливают границы диапазонов при измерении напряжения. Начинать следует с подбора резистора R1. Резисторами R4-R6 устанавливают границы диапазонов при измерении тока. Начинать следует с подбора резистора R6. Рамка М4761 обладает небольшой нелинейностью, поэтому наносить деления на новой шкале желательно во время градуировки, например, в положении «1,5 В». Эффектно будет смотреться шкала, нарисованная с помощью компьютера, например, программой «Corel DRAW 11.663» и распечатанная на цветном принтере. Естественно, в зависимости от вкусов, потребностей или наличия рамки с подходящей шкалой можно выбрать и другие пределы измерений. Если преобразователь полярности на транзисторе VT1 не возбуждается, то следует поменять местами выводы обмотки 2. При желании повысить КПД преобразователя, ток потребления которого при отсутствии проверяемого транзистора не должен превышать 20 мА, можно подобрать емкость конденсатора С2.

   Работа с прибором. Вставлять в разъем проверяемый транзистор можно только при выключенном питании, предварительно коснувшись сенсора Е1. При подключении маломощных полевых транзисторов с изолированным затвором, например, таких как КП305, их выводы желательно закорачивать проволочной перемычкой, например, временно обмотав их тонкой проволокой у основания корпуса транзистора. Напряжение отсечки — это напряжение между затвором и истоком, при котором ток стока уменьшается почти до нуля. Начальный ток стока — ток при нулевом напряжении затвор-исток. Крутизну характеристики можно вычислить по простой формуле вмд/в = Д1мА/Д11в, где ДІ, AU — приращение тока стока при соответствующем приращении напряжения затвор-исток.

   Об изменениях конструкции. Если имеется свободный двуполярный источник питания с выходными напряжениями ± 10 В, то можно отказаться от преобразователя полярности напряжения питания. Можно использовать и две батареи «Крона». Если ввести еще один переключатель на два положения, то можно переключать нижний по схеме вывод резистора R9 от общего провода к правому по схеме выводу резистора R6. Это позволит детально проверять полевые транзисторы обогащенного типа, например, такие как КП501, КП505, BUZ90. Измерение напряжения затвор-исток при этом удобнее проводить цифровым вольтметром, подключенным к общему проводу и среднему выводу резистора R9.

   Этим прибором не следует проверять чрезвычайно чувствительные к повреждениям арсенидгаллиевые полевые транзисторы -ЗП324, ЗП344 и другие аналогичные.

    Литература: А. П. Кашкаров, А. Л. Бутов — Радиолюбителям схемы, Москва 2008

Прибор для проверки полевых транзисторов

/referat-169053.html

Прибор позволяет проверять работоспособность полевых транзисторов с p-n-переходом, с изолированным затвором и встроенным каналом (обедненный тип), а также одно- и двухзатворных транзисторов с изолированными затворами и индуцированным каналом (обогащенный тип).

Переключателем S3 устанавливают, в зависимости от типа испытуемого транзистора, необходимую полярность напряжения на стоке. Для проверки транзисторов с затвором в виде p-n-перехода и транзисторов с изолированным затвором и встроенным каналом переключатель S1 устанавливают в положение Обеднение, a S2 — в положение Подложка.

Для проверки транзисторов с изолированными затворами и индуцированным каналом переключатель S1 переводят в положение Обогащение, a S2 — в положение Подложка для однозатворных и Затвор 2 для двухзатворных транзисторов.

После установки переключателей в нужные положения к гнездам разъема XI подключают проверяемый транзистор, включают питание и, регулируя переменными резисторами R1 и R2 напряжения на затворах, наблюдают за изменением тока стока.

Резисторы R3 и R4 ограничивают ток затвора в случае его пробоя или при ошибочной полярности напряжения на затворе (для транзисторов с затвором в виде p-n-перехода). Резисторы R5 и R6 исключают возможность накопления статических зарядов на гнездах разъема XI для подключения затворов. Резистор R8 ограничивает ток, протекающий через миллиамперметр P1. Мост (диоды VI-V4) обеспечивает требуемую полярность тока через измерительный прибор при любой полярности питающего напряжения.

Налаживание прибора сводится к подбору резистора R8*, обеспечивающего отклонение стрелки миллиамперметра на последнюю отметку шкалы при замкнутых гнездах Сток и Исток.

В приборе может быть использован миллиамперметр с током полного отклонения 10 мА или микроамперметр с соответствующим сопротивлением шунтирующего резистора R7*. Диоды V1-V4 — любые, маломощные, германиевые. Номинальное сопротивление резисторов R1 и R2 — в пределах 5,1…47 кОм.

Прибор питается от двух батарей «Крона» или от двух аккумуляторов 7Д-0,1.

Данным прибором можно измерять и напряжение отсечки (прибор Р1 должен быть на ток 100 мкА). Для этого параллельно гнездам Затвор 1 и Исток устанавливают дополнительные гнезда, к которым подключают вольтметр.

Последовательно с резистором R7* включают кнопку, при нажатии на которую шунтирующий резистор отключается. При нажатой кнопке устанавливают ток стока 10 мкА и по внешнему вольтметру определяют напряжение отсечки.

Измерение параметров полевых транзисторов

/izmeren/635-izmerenie-parametrov-polevyh-tranzistorov.html

Прибор для проверки основных параметров маломощных полевых транзисторов выполнен на основе недорогих цифровых мультиметров, возможно, даже с неисправными переключателями пределов измерения. Это минимизировало затраты труда по монтажу и изготовлению конструкции. Цифровые показания несколько облегчают сравнение транзисторов и подбор пар для дифференциальных каскадов. Крутизну транзисторов определяют простейшим расчетом.

По роду своей деятельности мне часто приходится ремонтировать контрольно-измерительную аппаратуру с полевыми транзисторами. Они применяются в модуляторах, входных каскадах усилителей в осциллографах и цифровых вольтметрах, коммутационных устройствах и пр. Например, в вольтметре В7-38 установлено около 30 транзисторов серии КП301. Эти транзисторы очень чувствительны к статическому электричеству, и малейшее несоблюдение технологии монтажа приводит к выходу их из строя. Большинство неисправностей приборов, которые связаны с выходом из строя полевых транзисторов, удается устранить простой заменой, но если транзисторы используют в дифференциальных или «симметричных» каскадах, их необходимо подобрать по основным параметрам.

Рис. 1
К основным параметрам полевых транзисторов относятся начальный ток стока, напряжение отсечки и крутизна характеристики. Определить их, а следовательно, и принять решение о пригодности полевого транзистора к использованию возможно с помощью устройства, схема которого изображена на рис. 1. Изменяя напряжение на затворе и контролируя ток стока, можно узнать все три основных параметра. Для транзисторов с затвором на основе р-n перехода или с изолированным затвором и встроенным каналом начальный ток стока IСнач — это ток стока при нулевом значении напряжения на затворе. Напряжение отсечки U3иотс — напряжение на затворе, при котором ток стока достигает близкого к нулю значения. Крутизна характеристики определяется как отношение изменения тока стока ΔIС (мА) к вызвавшему его изменению напряжения между затвором и истоком ΔUзи (В): S = ΔIС/Δ U3и- Применив в приборе цифровые измерители тока и напряжения, вычислить значение крутизны для транзисторов любой структуры будет несложно.

Крутизна S полевого транзистора с управляющим р-n переходом зависит от напряжения затвор- исток U3и и имеет максимальное значение Smax при напряжении на затворе, равном нулю. Если измерены значения начального тока стока IСнач и напряжения отсечки U3иотс. крутизну можно приблизительно оценить по формулам:

Smax = 2Iснач/Uзиотс

S = √Iснач·Ic/Uзиотс

где напряжение — в вольтах, ток — в миллиамперах, крутизна — в размерности мА/В [1].

Для транзисторов с изолированным затвором крутизну при токе стока Ic и напряжении Uзи можно рассчитать по формуле

S = 2Ic/|Uзи — Uзиотс|

где UЗИотс — напряжение отсечки либо пороговое напряжение (для транзисторов с индуцированным затвором).

На основе макета этого устройства изготовлен прибор для оперативного измерения основных параметров полевых транзисторов и контроля их работоспособности.

Технические характеристики
Измеряемое напряжение на затворе, В …………..-12…+12
Разрешающая способность вольтметра, мВ…………….10
Измеряемый ток стока, мА . .-20… +20
Разрешающая способность миллиамперметра, мкА………10
Погрешность измерения IСнач и Uзи, %, не более ………..1
Ток потребления прибора, мА, не более ………………60

Рис. 2

В приборе есть защита проверяемого транзистора от повреждения.

Схема измерителя изображена на рис. 2. Для изменения напряжения на затворе транзистора используется переменный резистор R2, подключенный к двухполярному источнику питания 2×12 В, что позволяет получить характеристику крутизны любого полевого транзистора малой мощности как с n-каналом, так и с р-каналом. Резистор R3 необходим для ограничения тока затвора. Полярность напряжения на стоке изменяют переключателем SB1. Для исключения перегрузки миллиамперметра использован ограничитель тока на транзисторе VT1 и резисторе R1. Ограничение возникает при токе 25 мА, поскольку максимальный измеряемый ток выбран равным 20 мА. Диодный мост VD1 обеспечивает действие ограничителя при любом направлении тока стока. Реле К1 и К2 предотвращают выход из строя измеряемого полевого транзистора от статического электричества: пока не нажата кнопка «Измерение» SB2, обмотка реле отключена, а контакты для подключения транзистора замкнуты между собой и на общий провод. При измерении кнопка нажата и через контакты реле транзистор подключен к измерительным цепям. Светодиод HL1 сигнализирует о том, что происходит процесс измерения.

Главная часть устройства — миллиамперметр РА1 и вольтметр PV1 — собрана из готовых узлов мультиметров M890D. Основа этих мультиметров — широко известная микросхема ICL7106. Эти приборы выбраны из-за удобного большого корпуса, чтобы снизить трудозатраты при изготовлении измерителя параметров. Питание аналого-цифрового преобразователя (АЦП) мульти-метра — от двухполярного источника питания +5/-5 В, необходимого для микросхем АЦП и остальных частей устройства. Микросхема АЦП имеет такую возможность, если мультиметр доработать так, как показано на фрагменте схемы на рис. 3 (нумерация элементов условная).

Рис. 3
В основном включении, используемом при батарейном питании, выводы 30,32 и 35 соединены вместе. При двух-полярном питании вывод 30 (низкоуровневая цепь АЦП) отключают от этой точки. В этом случае микросхема измеряет разность потенциалов между выводами 30 и 31, при этом вход АЦП отвязан от цепей питания. Единственное условие — напряжение в любой из измерительных цепей не должно превышать напряжения питания АЦП относительно общего провода. Такая доработка описана в [2].

При минимальных переделках микросхема обеспечивает измерение напряжения до 200 мВ без делителей. Для построения вольтметра с пределом 20 В, необходимого для измерения напряжения затвора, использован делитель 1:100, состоящий из резисторов R5 и R6. Для построения миллиамперметра с пределом измерения 20 мА служит резистор R7. При токе 20 мА на нем падает напряжение 200 мВ, которое и измеряет АЦП. Миллиамперметр установлен в цепь истока и измеряет ток транзистора. Такое решение продиктовано невозможностью измерять ток в цепи стока, потому что на измерительных выводах миллиамперметра может присутствовать напряжение, превышающее питающее для микросхемы АЦП. Вольтметр включен между затвором и истоком, поэтому через делитель R5R6 будет протекать ток с максимальным значением не более 12мкА, что будет вызывать ошибку в показаниях миллиамперметра в одну единицу младшего разряда, которая оказывается несущественной.

Схема блока питания прибора изображена на рис. 4.

Рис. 4

Для понижения сетевого напряжения до 12 В используется трансформатор Т1. Далее переменное напряжение выпрямляется диодным мостом VD1 и фильтруется конденсаторами С1, С2. Стабилизаторами двухполярного напряжения +12/-12В служат микросхемы DA1, DA2. Двухполярное напряжение +5/-5 В стабилизирует микросхемы DA3 и DA4. Стабилизаторы включены последовательно для уменьшения падения напряжения на стабилизаторах DA3 и DA4. Схема двухполярного источника питания может быть любой другой; возможно даже использовать автономное питание, например от батарей «Корунд». Для этого потребуется добавить преобразователь напряжения батареи в необходимое для питания остальных узлов измерителя.

Рис. 5

Детали и конструкция. В приборе можно применить следующие детали. Резисторы R5-R7 — С2-29 или другие с допуском не более ±0,5 %, хотя номиналы могут отличаться от указанных на схеме; главное — стабильность сопротивления. Остальные резисторы — любые, например МЛТ0.125. Переменный резистор R2 — многооборотный, например, РП1-53 или предназначенный для прецизионной регулировки (по гру-боточной схеме) — СП5-35, СП5-40.

Если найти такой не удастся, резисторы R2 и R3 можно заменить аналогом — узлом из двух переменных и двух постоянных резисторов, как это сделано в моей конструкции. Схема такого узла изображена на рис. 5. Резистором R1 напряжение устанавливают грубо, a R2 — точно.

Светодиод можно заменить другими, например, из серий АЛ 102, АЛ307, КИПД, лучше красного цвета свечения. Диодные мосты — КЦ407 с любой буквой, вместо них можно применить отдельные кремниевые диоды с допустимым средним током не менее 200 мА в выпрямителе и 100 мА — в ограничителе тока. Для упрощения конструкции применены микросхемы интегральных стабилизаторов 7812, 7912, 7805 и 7905, отечественные аналоги которых — соответственно КР142ЕН8Б, КР1162ЕН12А, КР142ЕН5А и КР1162ЕН5А.

Реле — РЭС60 (исполнение РС4.569.435-07) или аналогичные с двумя контактными группами на переключение.

Сетевой трансформатор Т1 -любой, обеспечивающий выходные напряжения 2х 15 В и ток не менее 100 мА, его можно взять из сетевого адаптера мощностью не менее 6 Вт. Вторичную обмотку такого трансформатора перематывают для получения нужного двухполярного напряжения. Трансформатор и выпрямитель размещены в корпусе адаптера, а элементы стабилизатора расположены в корпусе прибора. Прибор соединяется с адаптером трехпроводным кабелем.

Весь измеритель сооран в корпусе одного из мультиметров. При изготовлении прибора мультиметры были вскрыты и после удаления ненужных частей плат объединены в одном корпусе, как показано на рис. 6.

Рис. 6

Лишние детали — резисторы делителя, переключатель и прочее — удаляют (поэтому поводом для изготовления такого прибора может быть неустранимый дефект переключателя подобного мультиметра). Оставляют только часть платы с микросхемой ICL7106, индикатором, элементами «обвязки» микросхемы и индикатора и кнопками включения, которые выполнят роль переключателей SB1, SB2. Печатные проводники, идущие к этим переключателям, должны быть обрезаны.

Нижнюю крышку мультиметра обработке не подвергают, а верхнюю придется доработать. У одного прибора крышку спиливают так, чтобы осталась только часть с индикатором и кнопкой. У второго вырезают середину там, где находится переключатель пределов, и на это место вклеивают вырезанную часть конструкции первого прибора. При вырезании частей от верхних крышек сохраняют стойки, в которые ввинчивают винты-саморезы, скрепляющие верхнюю и нижнюю крышки. Сверху, около кнопки, крепят резистор, регулирующий напряжение на затворе. Снизу устанавливают разъем для подключения полевых транзисторов. В качестве разъема использована цанговая панель для микросхем. Середину панели вырезают, и ряд контактов склеивают. Выбор цанговой панели обусловлен высокой износостойкостью.

В моей конструкции применена небольшая плата из фольгированного текстолита, на которой устанавливают панель, светодиод и реле. В свою очередь, плату двумя винтами крепят к лицевой панели. Лишние отверстия на лицевой панели заклеивают вырезанной по размеру пластиной из пластмассы или электрокартона, на которую приклеивают отпечатанную на принтере накладку, ее вид показан на рис. 7.

Рис. 7

Большинство транзисторов имеют цилиндрический корпус с меткой-ключом для определения выводов. Контакты разъема для подключения полевых транзисторов соединяются между собой согласно назначению таким образом, чтобы у каждого типа транзисторов было свое место без необходимости уточнять цоко-левку. В предлагаемом варианте транзисторы устанавливают ключом вверх. Соединения отдельного вывода корпуса транзисторов с истоком, а второго затвора транзисторов серий КП306, КП350 — со стоком обеспечивают через разъем перемычками между соответствующими гнездами. Внешний вид готового прибора показан на рис. 8.

Рис. 8

Перед первым включением прибора необходимо проверить значения выходных напряжений стабилизатора. Налаживание прибора заключается в настройке ограничителя тока и установке образцовых напряжений миллиамперметра и вольтметра. Для настройки ограничителя надо подключить образцовый миллиамперметр между контактами «С» и «И» разъема для подключения измеряемого транзистора, нажать на кнопку «Измерение» и подобрать резистор R1, добиваясь показаний 25…30 мА. Можно заранее подобрать транзистор по параметру ограничения тока, тогда резистор R1 заменяют перемычкой. Далее образцовый миллиамперметр последовательно с переменным резистором подсоединяют к этим же контактам, устанавливают ток 10 мА и резистором настройки образцового напряжения добиваются тех же показаний миллиамперметра прибора. Для настройки вольтметра образцовый вольтметр подключают к выводам «3» и «И», резистором прибора устанавливают напряжение затвора 10 В и резистором регулировки вольтметра прибора устанавливают те же показания.

Ввиду того что полевые транзисторы могут выйти из строя из-за статического электричества, может быть рекомендована следующая методика работы с прибором. Перед подключением все выводы полевого транзистора следует замкнуть проволочной перемычкой между собой. На приборе устанавливают тип проводимости канала (п- или р-канал), кнопка «Измерение» отжата. Полевой транзистор подключают к своему гнезду, перемычку с выводов снимают, нажимают на кнопку «Измерение» и контролируют его параметры. После измерения отжать кнопку, замкнуть выводы транзистора между собой и вынуть транзистор из панельки.

С помощью прибора легко диагностировать любой вид неисправности полевых транзисторов. Как показала практика, большинство неисправностей транзисторов сводится к большому току утечки затвора, пробою или обрыву канала либо внутреннему разрыву одного из выводов. Если при нажатии на кнопку «Измерение» напряжение на затворе уменьшится по сравнению с установленным, то имеет место утечка тока с затвора. Показания миллиамперметра не будут нулевыми при любом напряжении на затворе. Во всех других случаях невозможность измерить начальный ток стока и напряжение отсечки говорит о неисправности измеряемого полупроводникового прибора.

ЛИТЕРАТУРА

1.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. — М.: Мир, 1983.
2.Садченков Д. А. Современные цифровые мультиметры. — М.: СОЛОН-Р, 2001.
Автор: В. Андрюшкевич, г. Тула

Два испытателя транзисторов.

/load/54-1-0-678

Испытатель маломощных транзисторов.

 

Его принципиальная схема приведена на рисунке.

Испытуемый транзистор подключается к зажимам ХТ1-ХТ5. Источник стабильного тока собран на VT1-VT2. SA2 — можно установить ток эмиттера 1мА или 5мА. SA1 — род работы измирения h41э или Iкэк.

SA3  — выбор  структуры транзистора  n-p-n или p-n-p.

Питание на прибор подается кнопочным переключателем только на время измерения параметров транзистора. 

 

В качестве индикатора используется микроамперметр на 50мкА, шкалу его необходимо немного переделать как показано на рисунке.

И
спытатель мощных транзисторов.

 

 Испытывают мощные транзисторы при больших токах, в данном приборе выбранны 0,1А и 1А.

 

Назначение переключателей показаны на схеме и в пояснении не нуждаются.

 

Детали

Т1 — любой со вторичной обмоткой расчитанной на 6,3В переменного напряжения и токе нагрузке более 1 А.

 

Так же как и в предыдущей схеме шкалу стрелочного индикатора необходимо немного переделат как как показано на рисунке.

«Бетник» для мощных транзисторов

/practice/diy-tech/959-betnik-dlja-moshhnykh-tranzistorov.html

Описана конструкция прибора для измерения кєффициента усиления мощных транзисторов.

Несмотря на то, что народ массово кинулся в ламповое и микросхемное усестроение, а на «рассыпухе» — на половые 😀 транзисторы, все еще значительную долю занимают «рассыпные» УМЗЧ на биполярных «выхлопниках». Тем более, подобные аппараты постоянно попадаются для ремонта. Не вызывает сомнений постулат, что для минимизации искажений требуется попарный подбор комплементарных транзисторов по крайней мере по коэффициенту их усиления. Особую важность это приобретает для мощных (сценических) УМЗЧ, в которых используется по несколько запараллеленных «выхлопников».

Если для подбора маломощных транзисторов достаточно «китайских» мультиметров с режимом «бетирования», то для мощных транзисторов (по крайней мере отечественных транзисторов старых разработок), проблема измерения коэффициента их усиления (h41e) осложняется еще и тем, что он существенно зависит от тока коллектора. Следовательно, измерять h41e приходится при по крайней мере двух значениях коллекторного тока.
Общий вид «бетника» показан на рис.5.

 

Как-то попались мне для ремонта несколько мощных УМЗЧ, на выходе которых в каждом плече стояло по 4…8 транзисторов КТ864/865. Покупать по несколько коробок с последующим отбором дома — выходило крайне накладно. Поэтому за день по-быстрому сваял «бетник» (конструкция которого и приводится), с помощью которого отобрал нужное количество согласованных транзисторов прямо на рынке.

Схемотехника «бетника» (рис.1), в принципе, известная.

Он представляет собой микросхемный стабилизатор тока с выходным регулирующим транзистором, коллекторный ток которого и стабилизируется. Его h41e измеряется по току, поступающему в базу транзистора стрелочным измерительным прибором PA1, включенным в диагональ диодного моста, что исключает необходимость коммутации при испытании транзисторов разной структуры. Дополнительный умощняющий каскад на транзисторах VT1-VT2 нужен чтобы не перегружать выход ОУ при тестировании транзисторов с малыми значениями h41e при большом коллекторном токе. На схеме не показана кнопка, кратковременно подающая питание на всю схему, что позволяет экономить автономные источники питания и защищает измерительный прибор при проверке пробитых транзисторов, при неправильном их подключении или при неправильном выборе проводимости. Двухцветный светодиод VD1 индицирует, кроме наличия питания, и полярность тестируемого транзистора (красный — n-p-n, зеленый — p-n-p).

Измерения проводятся при коллекторном токе 50 и 500 мА, выбираемых переключателем SA3. Измерения h41e проводятся в трех диапазонах, выбираемых переключателем SA2 с минимальными значениями 10, 30 и 100. Относительным недостатком является «обратная» и существенно неравномерная шкала измерительного прибора (рис.2).

Опорное напряжение для стабилизатора тока задается стабилитронами VD2-VD3, включенными встречно-последовательно. Их следует подобрать по одинаковому напряжению стабилизации. В принципе, оптимальным вариантом было бы использование двуханодного термокомпенсированного стабилитрона, но мне они на напряжение стабилизации менее 6,2 В как-то не попадались, а опорное напряжение желательно бы делать поменьше — тогда на испытуемом транзисторе падает бОльшая часть напряжения питания, что тоже важно для правильного измерения (например, h41e у КТ8101/8102 существенно падает при коллекторном напряжении мене 5 В). Переключение полярности напряжения, поступающего на формирователь опорного напряжения и испытуемый транзистор разных типов производится переключателем SA1.

Номинал эмиттерного резистора R11, задающего коллекторный ток 50 мА, приходится подбирать в зависимости от полученного опорного напряжения (рис.3).

При этом измерительный мост просто перемыкается накоротко. Номинал эмиттерного резистора R10, подключаемого параллельно R11 для задания тока 500 мА должен быть в 9 раз меньше, чем у R11.

Номиналы резисторов измерительной части (рис.4) расчитаны для головки на ток 100 мкА сопротивлением 550 Ом. Для других головок их придется пересчитать.

Настройка производится при отключенном от генератора тока диодном мосте. При невозможности точного подбора номиналов низкоомных резисторов ставится ближайшего бОльшего номинала, параллельно которому — более высокоомный, чтобы получить нужное сопротивление.

Питается он от любого сетевого адаптера на напряжение 12…15 В и ток до 500 мА, либо от комплекта батарей на то же напряжение. В оригинальном варианте сетевой трансформатор с выпрямителем и фильтрующим конденсатором встроен прямо в корпус прибора.

Пользуюсь этим прибором уже более 4-х лет. «Полет — нормальный» 😀 . В архиве — схемы в формате sPlan betnik.rar [66,22 Kb] (cкачиваний: 102)

Физические параметры транзистора

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 6Следующая ⇒

К числу основных физических параметров транзистора, опреде­ляющих его динамические свойства при рассмотрении переменных со­ставлявших токов и напряжений в электрических цепях, относятся следующие:

Коэффициент передачи тока эмиттера /дифференциальный/ для схемы ОБ (рис. 2-а):

; U_k=const

Для биполярных транзисторов α = 0,9÷0,995

2. Коэффициент передачи тока базы (дифференциальный) для схемы с общим эмиттером (рис 2-б)

; U_к=const

3. Сопротивление эмиттерного перехода (дифференциальное)

; U_к=const

Характеризуется нелинейной зависимостью от тока эмиттера и прак­тически не зависит от коллекторного напряжения. При изменении температуры линейно меняется приблизительно на 0,33% / ^oС.

4. Сопротивление коллекторного перехода (дифференциальное)

; I_э=const

Изменяется обратно пропорционально току эмиттера, имеет нелиней­ную, с точкой экстремума зависимость от коллекторного напряжения и температуры окружающей среды.

5. Объемное сопротивление базы (или сопротивление базы) r_б при увеличении тока эмиттера уменьшается и возрастает при увеличении коллекторного напряжения. Изменение от температуры обусловлено концентрацией примесей в базовой области.

Зависимость этих физических параметров от h— параметров приводится в табл 1.

 

Таблица 1.

 

1.2. Система h-параметров транзистора

Система h-параметров устанавливает связь между напряжениями и токами на входе и выходе транзистора, представленного линейным четырёхполюсником (рис. 1). Электрическое состояние транзистора, как четырёхполюсника в режиме малого сигнала характеризуется величинами: I₁, U₁ — входными; I₂ , U₂ — выходными. Если I₁ и U₂ принять независимыми переменными, то связь между входными и выходными величинами можно представить системой уравнений

U₁=f₁(I₁,U₂)

I₂=f₂(I₁,U₂) (1)

Если при малых изменениях независимых величин приращения зависи­мых величин разложить в ряд Тейлора и пренебречь членами второго и высших порядков, то из уравнений (1) получим уравнения в част­ных производных:

(2)

В уравнениях (2) заменим приращения амплитудными значениями токов и напряжений и обозначим частные производные характеристическими h — коэффициентами.

(3)

Эти введенные коэффициенты называют системой h – параметров транзистора, и они имеют в режиме малого сигнала физический смысл:

— входное сопротивление при коротком замыкании на выходе четырехполюсника.

— коэффициент обратной связи по напряжению при холостом ходе на входе четырехполюсника;

— коэффициент передачи /усиления/ тока при коротком замыкании на выходе четырехполюсника;

— выходная проводимость при холостом ходе на входе четырехполюсника.

Измерение h — параметров, как правило, производится на низ­кой частоте (50 ÷ 100 кГц). В паспортных данных транзисторов обыч­но приводят значения h-параметров, измеренных на частоте 1 кГц для одной из схем включения.

Достоинство системы h — параметров заключается в сравни­тельной простоте их непосредственного измерения испытуемого транзистора, недостаток — зависимость от режима работы транзистора и от окружающей среды (рис. 3). На графиках (рис. 3-а, б) за еди­ницу принято значение каждого характеристического параметра при I_э = 1 мА и U_k= — 5 В, а на графиках (рис. 3 – в) при темпера­туре Т = 25 ^оС / I_э =1 мА, U_k = — 6 В/.

Система h-параметров используется при расчетах низкочас­тотных усилителей, преимущественно первых каскадов, работающих при малых сигналах. В справочной литературе, как правило, полностью все h-параметры не указываются. Недостающие h-параметры могут быть легко измерены по приводимым в справочной литературе схемам измерения.

 

1.3. Связь физических параметров с системой h-параметров

Между физическими и h-параметрами разных схем включения транзистора существует однозначная связь, определяемая соотноше­ниями, приведенными в табл. 1. В этой таблице в качестве примера даны численные значения характеристических и физических параметров маломощных транзисторов при I_э = 1,3 мА, а схема включения тран­зистора обозначена индексом в виде букв. Например: h_11э— для схе­мы ОЭ; h_21б— для схемы ОБ; h_22k — для схемы ОК. Математические величины коэффициентов передачи тока (h_21б и h_21к ) для схем ОБ и ОК отрицательны из-за того, что направления токов в четырехполюснике и в схемах включения транзисторов (рис. 1/) не совпадают. Если необходимо сослаться на какую — либо формулу в таблице, то она нумеруется числом из двух или трех цифр, в котором первая цифра или две цифры — номер строки, последняя — номер столбца.

Например, формула (25) будет записана

формула (164)

Системе h-параметров (табл. 1, столбец 2, строки с 1-ой по 12-ю) соответствуют выражения физических параметров (столбец 6, строки с 1-й по 12-ю). Физическим параметрам (столбец 2, cтроки с 13-й по 16-ю) соответствуют их численные значения (столбец 6, строки с 13-й по 16-ю) для рассматриваемого выше примера.

На высокой частоте коэффициенты усиления α , β и h-пара­метры становятся комплексными величинами, что означает появление фазового сдвига между токами и напряжениями на входе и выходе эк­вивалентного четырехполюсника. В этом случае формулы связи (табл. 1) неприемлемы.

©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.

Схемы включения транзистора и их характеристики: схемы, ВАХ. формулы, подключение

Рассмотрим характерные схемы включения транзистора и соответствующие характеристики.

Приведенная схема включения транзистора в электрическую цепь называется схемой с общей базой, так как база является общим электродом для источников напряжения. Изобразим ее с использованием условного графического обозначения транзистора (рис. 1.56).

Транзисторы традиционно характеризуют их так называемыми входными и выходными характеристиками. Для схемы с общей базой входной характеристикой называют зависимость тока i_э от напряжения и 6э при заданном напряжении uбэ, т. е. зависимость вида iэ= f (uбэ) |_uкэ= const, где f — некоторая функция.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Входной характеристикой называют и график соответствующей зависимости (это справедливо и для других характеристик).

Выходной характеристикой для схемы с общей базой называют зависимость тока i_к от напряжения uкб при заданном токе i_э, т. е. зависимость вида iк = f (uкб) |_iэ= const, где f — некоторая функция.

Каждая входная характеристика в значительной степени определяется характеристикой эмиттерного перехода и поэтому аналогична характеристике диода. Изобразим входные характеристики кремниевого транзистора КТ603А (максимальный постоянный ток коллектора — 300 мА, максимальное постоянное напряжение коллектор-база — 30

B при t < 70° С) (рис. 1.57) . Сдвиг характеристик влево при увеличении напряжения uкб объясняется проявлением так называемого эффекта Эрли (эффекта модуляции толщины базы).

Указанный эффект состоит в том, что при увеличении напряжения uкб коллекторный переход расширяется (как и всякий обратно смещенный p-n-переход). Если концентрация атомов примеси в базе меньше концентрации атомов примеси в коллекторе, то расширение коллекторного перехода осуществляется в основном за счет базы. В любом случае толщина базы уменьшается. Уменьшение толщины базы и соответствующее уменьшение ее сопротивления приводит к тому, что при неизменном токе i_э напряжение uбэ уменьшается.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Как было отмечено при рассмотрении диода, при малом по модулю обратном напряжении на p-n-переходе это напряжение влияет на ширину перехода больше, чем при большом напряжении. Поэтому различные входные характеристики, соответствующие различным напряжениям uкб, независимо от типа транзистора практически сливаются, если uкб > 5 В (или даже если uкб> 2 В).

Входные характеристики часто характеризуют дифференциальным сопротивлением rдиф, определяемым аналогично дифференциальному сопротивлению диода.

Изобразим выходные характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.58).

Это соотношение сохраняется даже при uкб= 0 (если ток эмиттера достаточно велик), так как и в этом случае большинство электронов, инжектированных в базу, захватывается электрическим полем коллекторного перехода и переносится в коллектор.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Только если коллекторный переход смещают в прямом направлении ( uкб

Режим, соответствующий первому квадранту характеристик (uкб> 0, i_к > 0, причем ток эмиттера достаточно велик), называют активным режимом работы транзистора. На координатной плоскости ему соответствует так называемая область активной работы.

Режим, соответствующий второму квадранту (uкб< 0), называют режимом насыщения. Ему соответствует область насыщения.

Обратный ток коллектора iкомал (для КТ603Аiко < 10 мкА при t < 25°С). Поэтому выходная характеристика, соответствующая равенствам iэ= 0ik- α_ст ·iэ+iко=iко,практически сливается с осью напряжений.

При увеличении температуры ток iко возрастает (для КТ603 i ко ~ 100 мкА при t < 85° С) и все выходные характеристики несколько смещаются вверх.

Режим работы транзистора, соответствующий токам коллектора, сравнимым с током i ко, называют режимом отсечки. Соответствующую область характеристик вблизи оси напряжений называют областью отсечки.

В активном режиме напряжение  u кби мощность Pк= i_к ·uкб, выделяющаяся в виде тепла в коллекторном переходе, могут быть значительны. Чтобы транзистор не перегрелся, должно выполняться неравенство Р_к < Р_{к макс} где Р_{к макс} — максимально допустимая мощность (для КТ603А Р_{к мак} c= 500 мВт при t < 50° С).

График зависимости i_к = Р_{к макс} / uкб (гипербола) изображен на выходных характеристиках пунктиром.

Таким образом, в активном режиме эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном. В режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении, в режиме отсечки коллекторный переход смещен в обратном направлении, а эмиттерный или смещен в обратном направлении, или находится под очень малым прямым напряжением.

Транзистор часто характеризуют так называемым дифференциальным коэффициентом передачи эмиттерного тока α, который определяется выражением α= di_k / di э| _ik–заданный, uкб= const.

Для приращения тока коллектора ∆i_к и приращения тока эмиттера ∆i_э можно записать: ∆i_к ≈ α · ∆i_э

Коэффициент α несколько изменяется при изменении режима работы транзистора. Важно учитывать, что у различных (вполне годных) экземпляров транзистора одного и того же типа коэффициента может заметно отличаться. Для транзистора КТ603А при t = 25° С α = 0,909 … 0,988.

Абрамян Евгений Павлович

Доцент кафедры электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Наличие наклона выходных характеристик, отражающее факт увеличения тока коллектора при заданном токе эмиттера при увеличении напряжения uкб, объясняется проявлением эффекта Эрли: при уменьшении толщины базы все большее количество электронов, инжектированных эмиттером, переходит в коллектор.

Наклон выходных характеристик численно определяют так называемым дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода (с учетом эффекта Эрли): rк=duкб/diэ|uкб– аданный, iэ=constiк=α_ст· iэ+ iко+ 1/rк· uкб

Схема с общим эмиттером

Очень часто транзистор характеризуют характеристиками, соответствующими схеме, представленной на рис. 1.59. Эту схему называют схемой с общий эмиттером, так как эмиттер является общим электродом для источников напряжения.

Для этой схемы входной характеристикой называют зависимость тока i_б от напряжения uбэ при заданном напряжении uкэ , т. е. зависимость вида iб= f (uбэ) |_u кэ = const , где f — некоторая функция.

Выходной характеристикой называют зависимость тока i_к от напряжения uкэ при заданном токе i_б, т. е. зависимость вида i к = f (u кэ ) |_i б = const,где f — некоторая функция.

Очень важно уяснить следующих два факта.

1. Характеристики для схемы с общим эмиттером не отражают никакие новые физические эффекты по сравнению с характеристиками для схемы с общей базой и не несут никакой принципиально новой информации о свойствах транзистора. Для объяснения особенностей характеристик с общим эмиттером не нужна никакая информация кроме той, что необходима для объяснения особенностей характеристик схемы с общей базой. Тем не менее характеристики для схемы с общим эмиттером очень широко используют на практике (и приводят в справочниках), так как ими удобно пользоваться.
2. При расчетах на компьютерах моделирующие программы вообще никак не учитывают то, по какой схеме включен транзистор. Программы используют математические модели транзисторов, являющиеся едиными для всевозможных схем включения. Тем не менее, очень полезно уметь определить тип схемы включения транзистора. Это облегчает понимание принципа работы схемы.

Входные характеристики для схемы с общим эмиттером.

Изобразим характеристики уже рассмотренного транзистора КТ603А (рис. 1.60).

Теперь эффект Эрли проявляется в том, что при увеличении напряжения uкэ характеристики сдвигаются вправо. Дифференциальное сопротивление теперь определяется выражением rдиф= (duбэ/diб) |_iб– заданный , uкэ= const

Выходные характеристики для схемы с общим эмиттером

Изобразим эти характеристики для транзистора КТ603А (рис. 1.61).

Обратимся к ранее полученному выражению iк=αст·iэ+iко В соответствии с первым законом Кирхгофа iэ=iк+iб и с учетом предыдущего выражения получим iкαст· (iк+iб) +iко откуда iк=αст/ (1 -αст) ·iб+ 1 / (1 -αст) ·iко

Введем обозначение: β_ст ≡ α_ст / (1- α_ст )

Коэффициент α_ст называют статическим коэффициентом передачи базового тока. Его величина обычно составляет десятки — сотни (это безразмерный коэффициент).

Легко заметить, что 1 / (1 -αст) = β_ст + 1 Введем обозначение i′_ко ≡ (β_ст + 1) ·iко В итоге получаемiк= β_ст ·iб+i′_ко Это выражение в первом приближении описывает выходные характеристики в области активной работы, не учитывая наклона характеристик.

Для учета наклона выражение записывают в виде iк= β_ст ·iб+i′_ко +uкб· ( 1 /r′_к ),гдеr′_к =duкэ/diк|uкэ – заданное, iб=const

В первом приближении r′_к = ( 1 / 1 + β_cт) · r_к (сопротивление r_к определено выше). Часто пользуются так называемым дифференциальным коэффициентом передачи базового тока β.

Для приращения тока коллектора ∆i_к и тока базы ∆i_б можно записать:

∆i_к ≈ β · ∆ iб

По определению β=diк/diб|iк – заданный, uкэ=const

Для транзистора КТ603А при t = 25°С β = 10…80.

Величина β зависит от режима работы транзистора. Приведем типичный график зависимости β от тока эмиттера (он практически равен току коллектора) для uкб= 2 В (рис. 1.62).

Для нормальной работы транзистора на постоянном токе, кроме рассмотренного выше условия Pк< Р_{к макс}, должны выполняться условия iк<iк максиuкэ≤u кэ макс где iк макси u кэ макс — соответственно максимально допустимый постоянный ток коллектора и максимально допустимое постоянное напряжение между коллектором и эмиттером.

Для рассмотренного выше транзистора КТ603А iк макс= 300 мА,uкэ макс = 30 В (при t < 70° С).

Изобразим схематически на выходных характеристиках для схемы с общим эмиттером так называемую область безопасной работы, в которой указанные условия выполняются (рис. 1.63).

Обычно допустимо предполагать (с той или иной погрешностью), что выходные характеристики для схемы с общим эмиттером расположены на отрезках прямых, расходящихся веерообразно из одной точки на оси напряжений (рис. 1.64).

Напряжение Uэ (это положительная величина) называют напряжением Эрли. Для транзистора КТ603А U_э ~ 40 В.

Инверсное включение транзистора

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Иногда транзистор работает в таком режиме, что коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный — в обратном. При этом коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер — роль коллектора. Это так называемый инверсный режим. Ему соответствует так называемый инверсный коэффициент передачи базового тока βi. Из-за отмеченных выше несимметрии структуры транзистора и различия в концентрациях примесей в слоях полупроводника обычно βi >1.

Изобразим выходные характеристики для схемы с общим эмиттером и для прямого, и для инверсного включения (рис. 1.65).

3.7. Эксплуатационные параметры транзисторов

Транзисторы характеризуются эксплуатационными параметрами, предельные значения которых указывают на возможности их практического применения. При работе в качестве усилительных приборов используются рабочие области характеристик биполярных транзисторов в соответствии с рисунком 3.12, а.

К основным эксплуатационным параметрам относятся:

• максимально допустимый ток коллектора, обозначаемый для биполярных транзисторов как I_{К MAX}. Превышение I_{К MAX} приводит к тепловому пробою коллекторного перехода и выходу транзистора из строя.

• максимально допустимое напряжение между выходными электродами:

U_{КБ MAX} для биполярных транзисторов, включенных по схеме с ОБ,

U_{КЭ MAX} для биполярных транзисторов, включенных по схеме с ОЭ.

а) рабочая область выходных характеристик,

б) зависимость Р_{К МАХ} от температуры

Рис. 3.12. Предельные параметры транзисторов

Это напряжение определяется значениями пробивного напряжения коллекторного перехода биполярных транзисторов;

• – максимально допустимая мощность, рассеиваемая выходным электродом транзистора. В биполярном транзисторе это мощность Р_{К MAX}, рассеиваемая коллектором и бесполезно расходуемая на нагревание транзистора. У биполярных транзисторов при недостаточном теплоотводе разогрев коллекторного перехода приводит к резкому увеличению I_К. Процесс имеет лавинообразный характер и транзистор необратимо выходит из строя, поэтому БТ нуждаются в схемах температурной стабилизации режима.

При повышении температуры окружающей среды мощность Р_{К MAX} уменьшается (рисунок 3.12, б).

3.8 Частотные свойства биполярных транзисторов

Частотные свойства транзисторов определяют диапазон частот синусоидального сигнала, в пределах которого прибор может выполнять характерную для него функцию преобразования сигнала. Принято частотные свойства приборов характеризовать зависимостью величин его параметров от частоты.

Для биполярных транзисторов в основном представляет интерес зависимость от частоты коэффициента передачи входного тока, а также зависимость входного и выходного сопротивлений. Обычно рассматривается активный режим при малых амплитудах сигнала в схемах включения с ОБ и ОЭ.

В динамическом режиме между входными и выходными сигналами появляются фазовые сдвиги и вместо приращений токов и напряжений необходимо брать комплексные величины, поэтому и параметры заменяются комплексными (частотно зависимыми) величинами.

Проведем анализ частотных свойств коэффициентов передачи, используя Т-образную линейную модель (эквивалентную схему) транзистора (рисунки 3.10 и 3.11).

На частотные свойства БТ влияют время пролета носителей через базу _Б, а также ёмкости эмиттерного и коллекторного переходовС_Э,С_Ки объёмное сопротивление базы.

При рассмотрении работы транзистора р-п-р в схеме ОБ оказывается, что диффузионный характер распространения неравновесных дырок в базовой области приводит к дисперсии времени их прибытия к коллекторному переходу. С ростом частоты из-за этого уменьшается амплитуда сигнала на выходе транзистора, а, следовательно, и коэффициент передачи тока. Допустим, что в момент поступления на вход транзистора положительного полупериода сигнала через эмиттерный переход инжектируется большое число дырок. Часть из них быстро достигает коллекторного перехода; другая же часть, двигаясь по более длинному пути, задерживается. При высокой частоте сигнала, когда среднее время перемещения дырок в базовой области сравнимо с его периодом, положительный полупериод быстро сменяется отрицательным. В течение действия отрицательного полупериода число инжектированных дырок уменьшится, и часть их дойдет до коллекторного перехода одновременно с запоздавшими дырками от положительного полупериода. В результате этого сигнал на выходе транзистора получится усредненным, а усилительный эффект и коэффициент h_21Б уменьшатся.

Чем больше толщина базовой области и, следовательно, чем больше среднее время пролета базы дырками, тем сильнее проявляется запаздывание носителей и тем меньше коэффициент передачи тока. Для транзисторов типа р-п-р время диффузионного перемещения . Это время соответствует примерно периоду колебания напряжения переменной частоты , которое транзистор еще усиливает.

На частотные свойства транзистора влияют сопротивления его переходов и базы. Полное сопротивление эмиттерного перехода представляет собой параллельное соединение активной и реактивной составляющих. Активное сопротивление является прямым дифференциальным сопротивлением эмиттерного переходаr_Э. Для малого входного сигнала его величина не превышает нескольких десятков Ом. Реактивное сопротивление определяется суммарной емкостью перехода, состоящей из заряднойС_Э0и диффузионной

С_{Э ДИФ}емкостей. Последняя определяется как отношение приращения заряда инжектированных носителей к вызвавшему его приращению эмиттерного напряжения.

Из-за малой толщины базы ∆w_Бтранзистора количество инжектированных в нее носителей будет меньше, чем в диоде, аналогичной конструкции, поэтомуС_{Э ДИФ}в транзисторе также меньше, чем в диоде.

Рис. 3.16. К пояснению изменения заряда в базе транзистора при изменения на его эмиттере

Рисунок 3.16 иллюстрирует образование емкости С_{Э ДИФ}заштрихованная площадь определяет приращение числа инжектированных носителей, пропорциональное приращению заряда в базеdQ, при измененииdU_ЭБ.Хотя эмиттерные емкостиС_Э0иС_{Э ДИФ}значительны (С_Э0достигает 100-150 пФ,

С_{Э ДИФ}— 1000 пФ), но, так как они шунтированы малым сопротивлениемr_Э, их следует учитывать только на очень высоких частотах (порядка десятков мегагерц). На этих частотах часть эмиттерного тока, ответвляющегося через емкость, становится значительной, в результате чего уменьшается коэффициент инжекции и увеличивается сдвиг фазφ.

Полное сопротивление коллекторного перехода также представляет собой параллельное соединение активной и реактивной составляющих: активного дифференциального сопротивления коллекторного перехода r_Кпорядка 1 МОм и суммы емкостей — собственнойС_К0(в среднем около 10 пФ) и диффузионнойС_{К ДИФ}<С_К0. Сопротивлениеr_Копределяется тем, что изменение напряжения приводит к изменению толщины перехода и, следовательно, толщины базы на Δw_Б. Отсюда изменяется число дырок, которые рекомбинируют в базе, и величина токаI_Kчерез коллекторный переход приI_Э=const. Диффузионная емкость коллекторного перехода определяется как приращение заряда неосновных носителей в базе к вызвавшему его приращению напряжения ΔU_КБприI_Э=const. С изменениемU_КБменяется толщина базы, а следовательно, и общее число дырок в базовой области и их заряд. Из-за большого сопротивленияr_Kшунтирующее действие емкости, несмотря на ее малую величину, сказывается на частотах порядка звуковых. Если, например, считатьС_K0= 10 пФ иr_K = 1 МОм, то равенствоr_K =1/2nfC_K0 удовлетворяется приf=16 кГц. Таким образом, шунтирующее действиеС_K0сказывается на гораздо более низких частотах, чем действиеС_Э. Полное сопротивление коллекторного перехода на высоких частотах сильно уменьшается. Поэтому при рассмотрении частотных свойств транзистора приходится обычно считаться с емкостьюС_К0; при конструировании транзистора эту емкость стремятся по возможности уменьшить либо путем уменьшения рабочей поверхности коллекторного перехода, либо увеличением его толщины. Влияние активного сопротивления базына частотные свойства транзистора можно пояснить следующим образом. Сопротивлениеr_Эи емкость эмиттерного перехода совместно собразуют частотнозависимый делитель напряжения (рисунок 3.17). Чем больше, тем меньше управляющее напряжение на эмиттерном переходеU_П, С ростом частоты модуль эмиттерного сопротивления из-за наличия емкостиС_Эуменьшается и управляющее напряжениеU_П также падает.

Нет надобности рассматривать влияние на частотные свойства транзистора каждого элемента в отдельности. Совместно все эти факторы влияют на коэффициент передачи тока эмиттераh_21Б, который становится комплексным, следующим образом:

_,(3.34)

где h_21Б0— коэффициент передачи тока эмиттера на низкой частоте,f – текущая частота,f_h21Б–предельная частота.

Модуль коэффициента передачи тока эмиттера равен:

(3.35)

Нетрудно заметить, что модуль коэффициента передачи h_21Бна предельной частотеf_h21Бснижается враз.

Сдвиг по фазе между входным и выходным токами определяется формулой

. (3.36)

Для схемы с ОЭ известно соотношение

.(3.37)

Подставляя (3.37) в (3.34) получим

,(3.38)

где .

Модуль коэффициента передачи тока базы будет равен

. (3.39)

Частотные зависимости коэффициентов передачи тока в схемах ОЭ и ОБ представлены на рисунке 3.18 (логарифмический масштаб).

Рис. 3.18. Зависимости коэффициента передачи тока БТ от частоты

Более быстрое изменение с ростом частоты модуля |h_21Э| по сравнению с | h_21Б | (рисунок 3.18) объясняется тем, что разность (1- h_21Б ) в выражении меняется быстрее, чем h_21Б и увеличением фазового сдвига с частотой. На низких частотах иI_K мало отличается по величине от I_Э; I_Б имеет малую величину (рисунок 3.19, а). С ростом частоты ток I_К начинает отставать от тока I_Э, а ток I_Б увеличивается даже при неизменном значении I_К (рисунок 3.19, б).

Рис. 3.19. Векторные диаграммы токов транзистора

а) на низких частотах б) на высоких частотах

Граничная частотаf_ГР— это такая частота, на которой модуль коэффициента передачиh_21Э=1. Из (3.39) получим, чтоf_ГР  f_h21Эh_21Э0.

Как видно из (3.38), частотные свойства БТ в схеме ОЭ значительно уступают транзистору, включенному по схеме с ОБ.

Транзистор можно использовать в качестве генератора или усилителя только в том случае, если его коэффициент усиления по мощности К_P 1. Поэтому обобщающим частотным параметром являетсямаксимальная частота генерирования или максимальная частота усиления по мощности, на которой коэффициент усиления по мощности равен единице. Связь этой частоты с высокочастотными параметрами определяется выражением

, (3.40)

где f_h21Б – предельная частота в мегагерцах;– объемное сопротивление в Омах;C_К – емкость коллекторного перехода в пикофарадах;f_MAX – в мегагерцах.

Следовательно, что для увеличения f_MAX транзистора нужно по возможности увеличивать предельную частоту f_h21Б и уменьшать и С_К. Теоретически для транзистора типа р-п-р .Чтобы повысить предельную частоту, следует уменьшить толщину базовой области w_Б и применять материалы с большой подвижностью носителей μ, так как D = (kT/q)μ. В германиевых транзисторах, например, предельная частота f_h21Б больше, чем в кремниевых. Однако нужно отметить, что транзисторы типа

п-р-п не имеют преимуществ перед транзисторами р-п-р в отношении частоты f_MAX. Это объясняется тем, что, хотя в первых частотах f_h21Б выше (для германия примерно в два раза), одновременно в том же отношении возрастает и сопротивление базы , зависящее от подвижности в ней основных носителей, т. е. дырок в транзисторе типа п-р-п. Поэтому частота f_MAX остается неизменной. Для уменьшения емкости С_К нужно уменьшить площадь коллекторного перехода S_К, а также увеличить коллекторное напряжение U_КБ и удельное сопротивление базы и коллектора.

Однако, если уменьшить толщину базы w_Б, то h_21Б0 и f _h21Б увеличатся, но одновременно увеличится и . Если же для уменьшения r_Б уменьшить удельное сопротивление базы ρ_Б, то это приведет к уменьшению h_21Б0 и пробивных напряжений переходов, а также к росту С_К. С уменьшением площади перехода S_К уменьшаются максимально допустимая мощность, выделяемая на коллекторном переходе, и величина рабочего тока. Увеличение коллекторного напряжения U_КБ ограничивается напряжением пробоя, которое к тому же уменьшается с увеличением концентрации примесей N для уменьшения ρ.

Отсюда видно, насколько взаимосвязаны величины, определяющие f_MAX. Это означает, что в транзисторах обычной конструкции максимальная частота усиления по мощности не может быть высокой.

Частотную зависимость входного сопротивления можно объяснить с помощью векторной диаграммы токов и напряжений (рисунок 3.20), построенной для f = f _h21Б . Если пренебречь па этой частоте емкостью С_Э,. то ток I_Эсоздает на сопротивлении r_Э падение I_Э∙r_Э, которое будет совпадать по фазе с током I_Э. Аналогично на сопротивлении r_Б возникнет падение напряжения I_Б ∙ в фазе с током I_Б. Напряжение U_BХ = I_Э ∙r_Э+ I_Б∙ .

Из диаграммы видно, что входной ток I_Э отстает от напряжения U_BХ на угол φ´, следовательно, входное сопротивление Z_ВХ транзистора в схеме ОБ носит индуктивный характер и растет с частотой. В схеме ОЭ входным будет ток базы I_Б, который опережает по фазе U_BX. Таким образом, входное сопротивление Z_ВХ транзистора в схеме ОЭ имеет емкостный характер и с ростом частоты уменьшается (рисунок 3.21, а). Аналогично можно решить вопрос о зависимости выходного сопротивления от частоты. Выходное сопротивление Z_ВЫХ уменьшается с ростом частоты при включении как в схеме ОБ так и в схеме ОЭ (рис. 3.21, б).

Рис. 3.21. Зависимость сопротивлений транзистора от частоты:

а) входного, б) выходного

Способы улучшения частотных свойств биполярных транзисторов

Рассмотренное выше позволяет сделать следующие выводы. Для улучшения частотных свойств (повышение предельной частоты) рекомендуется следующее:

1. Уменьшать время пролета инжектированных носителей в базовой области, для этого:

а) уменьшать ширину базовой области W_Б;

б) создавать n-р-n-транзисторы, так как подвижность электронов выше, чем у дырок, примерно в 2 раза;

в) использовать германиевые БТ, так как в германии подвижность носителей выше. Еще большие возможности открывает использование арсенида галлия;

2. Создавать ускоряющее поле в базовой области для инжектированных из эмиттера носителей. Последнее возникает при неравномерном распределении примесей в базе по направлению от эмиттера к коллектору (рисунок 3.22). Концентрацию примесей около эмиттера делают примерно в 100 раз больше, чем около коллектора.

Появление поля объясняется следующим образом. Так как концентрация основных носителей в любой точке базы (дырок n-р-n-транзистора) приблизительно равна концентрации примесей в этой точке, то распределение примесейN_А(х)одновременно будет и распределением дырокp(х). Вследствие градиента концентрации дырок будет происходить их диффузионное движение к коллектору, приводящее к нарушению условия электрической нейтрально­сти: около эмиттера будет избыток отрицательного заряда ионов акцепторов, а около коллектора – избыток положительного заряда дырок, которые приходят к коллекторному переходу, но не проходят через него.

Рис. 3.22. Образование электрического поля в базе дрейфового БТ

Нарушение электрической нейтральности приводит к появлению внутреннего электрического поля в базовой области («минус» у эмиттера, «плюс» у коллектора). Появляющееся поле, в свою очередь, вызовет встречное дрейфовое движение дырок. Нарастание поля и дрейфового потока будет происходить до того момента, когда дрейфовый и диффузионный токи дырок уравняются. Легко видеть, что установившееся (равновесное) значение поля будет ускоряющим для электронов, которые инжектируют в рабочем режиме из эмиттера в базу, и будет уменьшать время их пролета, т.е. повышать предельную частоту БТ.

Биполярные транзисторы с неравномерным распределением примесей в базе, приводящим к появлению ускоряющего поля, называются дрейфовыми, а обычные – бездрейфовыми. Практически все современные высокочастотные и сверхвысокочастотные БТ являются дрейфовыми.

Уменьшение времени пролета в базовой области n-р-n транзистора при экспоненциальном законе убывания концентрации акцепторов отN_А(0) доN_А(W_Б) учитывается коэффициентом неоднородности базы:

=0,5lnN_А(0)/N_А(W_Б). (3.41)

Поэтому можно написать

(3.42)

Для бездрейфовых транзисторов  = 0,а типичные значения для дрейфовых транзисторов.

3. Уменьшать барьерные емкости эмиттерного и коллекторного переходов путем уменьшения сечения областей транзистора и увеличения ширины переходов (выбором концентрации примесей и рабочего напряжения).

4. Уменьшать омическое сопротивление областей базы .

5. Уменьшать время пролета носителей в области коллекторного перехода.

Следует отметить, что ряд требований несовместимы и необходимо при создании транзисторов применять компромиссные решения.

Статические характеристики — Club155.ru

 

При анализе усилительных схем на транзисторах широко используются т.н. статические характеристики. Статическими характеристиками транзисторов называют графики, выражающие функциональную связь между постоянными токами и напряжениями на электродах транзистора.

В зависимости от того, какие токи и напряжения принимаются за независимые переменные, возможны различные системы функциональной связи и соответствующие им семейства статических характеристик. В общем случае связь между токами и напряжениями на трех электродах транзистора можно выразить шестью различными системами (по четыре семейства характеристик в каждой системе).

Мы не будем здесь рассматривать все эти случаи, а обратимся сразу к системе, получившей наибольшее распространение. Это т.н. система статических \({H}\)-параметров (или гибридная система), которая соответствует наиболее распространенной группе малосигнальных параметров (\({h}\)-параметров) и имеет ряд преимуществ перед другими системами.

В данной системе в качестве независимых переменных приняты входной ток и выходное напряжение:

\({U}_{вх} = {f}{(}{{I}_{вх}, {U}_{вых}}{)}\)

\({I}_{вых} = {f}{(}{{I}_{вх}, {U}_{вых}}{)}\)

В статическом режиме эти зависимости выражаются четырьмя семействами характеристик:

• входными

  \({U}_{вх} = {f}{(}{{I}_{вх}}{)}\left|{\atop{{U}_{вых}={const}}}\right.\)

• выходными

  \({I}_{вых} = {f}{(}{{U}_{вых}}{)}\left|{\atop{{I}_{вх}={const}}}\right.\)

• обратной связи

  \({U}_{вх} = {f}{(}{{U}_{вых}}{)}\left|{\atop{{I}_{вх}={const}}}\right.\)

• прямой передачи

  \({I}_{вых} = {f}{(}{{I}_{вх}}{)}\left|{\atop{{U}_{вых}={const}}}\right.\)

Заметим, что для разных схем включения транзистора в качестве входных и выходных выступают токи и напряжения на его различных электродах. Поэтому вид статических характеристик зависит от схемы включения транзистора.

Для однозначного установления зависимости между токами и напряжениями транзистора достаточно иметь два семейства характеристик из четырех названных. Другие два могут быть найдены с помощью перестроений. На практике наибольшее распространение получили входные и выходные характеристики. Характеристики прямой передачи и обратной связи обычно выступают в роли второстепенных.

Статические характеристики имеют большое значение при анализе работы самых разнообразных усилительных схем. По статическим характеристикам выбирается оптимальное положение рабочей точки транзистора по постоянному току, вычисляются допустимые амплитуды колебаний переменного напряжения и тока на входе усилителя, анализируется линейность усиления и многие другие показатели схемы. По выходным характеристикам можно определить, правильно ли согласован усилительный каскад с нагрузкой, и предсказать поведение этого каскада при изменениях характера нагрузки.

В реальных схемах транзисторных усилителей в качестве входных токов и напряжений выступают напряжения и токи на конкретных электродах. Например, для схемы с ОЭ входным напряжением будет напряжение на участке эмиттер—база (\({U}_{ЭБ}\)), а выходным током — ток коллектора (\({I}_{К}\)). Часто статические характеристики транзисторных схем называют по имени электрода, ток которого эти характеристики отражают. Так, в приведенном выше случае мы будем говорить о выходных коллекторных характеристиках.

 

 

< Предыдущая		Следующая >

Измерения параметров транзисторов

ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ А. СОБОЛЕВСКИЙ Журнал Радио 12 номер 1971 год. http://chipinfo.ru/literature/radio/197112/p43-45.html Как оценить качество транзистора? Какие параметры транзистора надо знать, чтобы предугадать его работу в приемнике, усилителе? Как измерить эти параметры? Транзистор является трехэлектродным полупроводниковым прибором. В нем два р-n перехода: эмиттерный — между эмиттером и базой, и коллекторный — между коллектором и базой. Упрощенная схема транзистора, структуры р-n-р изображена на рис. 1. Эмиттерный переход включен в прямом направлении — к эмиттеру подключен положительный, а к базе отрицательный полюса батареи Б1. Ток эмиттера Iэ, текущий через этот р-n переход, быстро растет с увеличением напряжения Uэб. Напряжение Uэб для маломощного транзистора не должно превышать нескольких долей вольта, иначе эмиттерный переход, будет разрушен. Коллекторный р-n переход включают, наоборот, в обратном направлении — к коллектору подключают минус, а к базе — плюс питающей батареи. Через переход идет небольшой обратный ток коллектора Iк0. У исправных маломощных транзисторов Iк0 не превышает нескольких микроампер, а у мощных транзисторов — сотен микроампер. Обратный ток коллектора практически не зависит от величины напряжения Uкб. При одновременном включении обоих р-n переходов транзистора, как это показано на рис. 1, ток цепи коллектора Iк значительно возрастет и будет слагаться из двух его составляющих: обратного тока коллектора Iк0 и части тока эмиттера, проходящей через эмиттерный и коллекторный переходы. Из рис. 1 видно, что не весь ток эмиттера Iэ превращается в ток коллектора, а часть его ответвляется в базу. Таким образом ток базы Iб=Iэ- Iк. Отношение величины тока коллектора к току эмиттера принято обозначать буквой α («альфа») и называть коэффициентом передачи тока: Так как ток коллектора Iк меньше тока эмиттера Iэ, то коэффициент α всегда меньше единицы. У хороших транзисторов коэффициент α весьма близок к единице (0,95—0,99). Вторая составляющая коллекторного тока равна αIэ, то есть ток коллектора Iк=αIэ+Iко. Ток эмиттера Iэ можно легко менять в больших пределах, изменяя напряжение Uэб. При этом будет изменяться и ток коллектора, так как его составляющая αIэ зависит от тока эмиттера. Но изменение тока коллектора происходит в цепи с большим, чем в цепи эмиттер-база, напряжением, и если сопротивление его нагрузочного резистора Rн достаточно большое (килоомы и более), на нем возникает значительное по величине падение напряжения. Следовательно, если амплитуда изменения напряжения в цепи эмиттерного перехода измеряется сотыми долями вольта, то в цепи коллекторного перехода она будет измеряться уже десятыми долями вольта, то есть произойдет усиление сигнала по напряжению и мощности. Поскольку коэффициент α всегда меньше единицы, поэтому транзистор, казалось бы, не дает усиления по току. Но это только в том случае, если общим электродом входной и выходной цепей транзистора является база, то есть транзистор включен по схеме с общей базой (см. рис. 1). Но транзистор можно включить по схеме с общим эмиттером (рис. 2), когда общим электродом входной и выходной цепей служит эмиттер. В этом случае входным током является ток базы Iб, и коэффициентом усиления транзистора, обозначаемым буквой β («бета»), будет отношением выходного тока коллектора Iк к току базы то есть Если в эту формулу подставить выражения для Iк и Iб, уже приведенные здесь, и пренебречь током Iк0, поскольку он очень мал по сравнению с составляющей коллекторного тока αIэ, коэффициент β можно подсчитать по формуле: Подставьте в эту формулу любое значение α, и вы убедитесь, что коэффициент β всегда больше единицы. Например, при α=0,9 коэффициент β=9. Таким образом, если при включении транзистора по схеме с общей базой происходит усиление по напряжению, то при включении его по схеме с общим эмиттером происходит усиление и по току, то есть входной ток базы Iб всегда меньше выходного тока коллектора Iк. Чем больше коэффициент β, тем, естественно, больше усиление входного сигнала. Итак, ток цепи коллектора слагается из составляющей αIэ, управляемой током базы Iб, и неуправляемой составляющей Iк0. Обратный ток коллектора Iк0 так мал, что говорить о том, что он снижает максимальную мощность транзистора и понапрасну растрачивает энергию, питания, можно лишь теоретически. Но беда в том, что ток Iк0 сильно зависит от температуры — такова его физическая природа. Этим он и наносит транзисторной аппаратуре большой вред. Если базу транзистора соединить с эмиттером через резистор небольшого сопротивления (500—1000 ом для маломощных транзисторов), то в коллекторной цепи установится начальный ток коллектора Iкн=Iк0x(β + 1). Это неуправляемая составляющая коллекторного тока транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Ток Iкн, как видите, зависит от тока Iк0 германиевых транзисторов. Ток Iк0 примерно удваивается на каждые 10°С повышения температуры. И хотя сам ток Iк0 невелик, но при его изменении увеличивается начальный ток коллектора Iкн, который больше его в β + 1 раз. Например, если ток Iк0 при температуре 20 °С составлял 5 мка, то при увеличении температуры транзистора до 40 °С ток Iк0 возрастет до 20 мка. Возрастание тока Iк0 на 15 мка — это еще не так много. Но если транзистор имеет коэффициент усиления β =25, то начальный ток коллектора изменится с Iкн1=5 (25+l) = 130 мка до Iкн2= 20 (25+1)=520 мка, то есть на 390 мка! При нормальной работе транзистора к неуправляемой составляющей тока коллектора добавляется управляемая составляющая Iб•β, в связи с чем общая формула коллекторного тока принимает такой вид: IК=IКН+ Iб•β. Таким образом изменение тока Iкн почти на 0,4 ма при увеличении температуры на 20 °С вызовет такое же изменение тока коллектора, а значит и изменение режима работы транзистора и всех параметров транзисторного каскада. Для борьбы с этим неприятным явлением в транзисторные каскады вводят специальные цепи, компенсирующие изменения токов, вызываемые колебаниями температуры окружающей среды и самого транзистора. Тем не менее транзистор стараются подобрать с возможно малым обратным током коллектора Iко, чтобы возможно меньшими были температурные изменения коллекторного тока. Что же касается начального тока коллектора Iкн, то он зависит как от величины обратного тока Iк0, так и от коэффициента β. Чем больше Iк0 и β , тем больше ток Iкн. Выбирая транзистор, надо особое внимание обратить на устойчивость токов Iк0 и IКн — они не должны изменяться самопроизвольно. Транзистор с нестабильными токами Iк0 и Iкн работает неустойчиво. Как же измерить токи Iк0 и Iкн? Схема для измерения тока Iк0 показана на рис. 3. На коллектор подается обратное напряжение UK= 2÷5 в. Резистор R0, ограничивающий ток, служит защитой измерительных приборов на случай, если транзистор окажется с пробитым коллекторным переходом. Сопротивление R0 выбирают из условия R0=0,1 Uкб/Iк0. Прибор mА должен показывать единицы микроампер. Измеренный ток Iк0 позволяет оценить качество только коллекторного перехода транзистора. А вот по начальному току коллектора Iкн, измеренному по схеме на рис. 4, можно судить о работоспособности уже всего транзистора, так как в этом случае включены оба его р-n перехода. Резистор Rб (для маломощных транзисторов — 500 — 1000 ом, для мощных — 1 — 2 ома) обязательно должен быть включен между базой и эмиттером, иначе результаты измерений будут искажены. Такие измерения можно производить вольтметром с очень высоким входным сопротивлением. Надо сказать, что в последнее время ведется работа по унификации обозначения параметров транзисторов. Ток Iк0 все чаще обозначают Iкбо к называют начальным током коллекторного перехода, а ток Iкн обозначают Iкзк и называют начальным током короткого замыкания. С измерением коэффициента усиления транзистора дело обстоит сложнее. Объясняется это тем, что для более точного определения коэффициентов α и β надо измерять не постоянные токи, как говорилось ранее, Iб, Iэ и Iк, а очень малые приращения этих токов, то есть производить измерения на переменном токе и при малом сигнале: при неизменном напряжении Uкб неизменном напряжении U кэ Эти коэффициенты зависят, кроме того, от тока эмиттера, поэтому для каждого типа транзистора рекомендуют определенный ток эмиттера, при котором значение коэффициента усиления близко к максимальному. Правда, коэффициенты усиления зависят и от напряжения на коллекторе, но слабо. Эта зависимость сказывается только при очень малых коллекторных напряжениях, при которых транзистор обычно не эксплуатируют, либо при очень больших напряжениях, близких к максимально допустимым. И хотя при повышенных напряжениях коэффициенты усиления резко увеличиваются, такой режим работы транзистора практически не используется, так как очень возрастает опасность пробоя коллекторного перехода. Итак, чтобы измерить коэффициент усиления транзистора, надо, во-первых, поставить транзистор в определенный режим работы по постоянному току, то есть установить необходимые UK3 и Iэ, а, во-вторых, вести измерение на переменном токе, измеряя малые приращения токов его электродов. Все это усложняет измерения и требует чувствительных и точных приборов, ибо измерять малые приращения токов не так-то просто. Радиолюбители обычно пользуются более простыми методами измерения коэффициента усиления транзистора. Чаще всего этот параметр измеряют на постоянном токе, то есть измеряют не α или β , а статический коэффициент усиления ВСТ, представляющий собой отношение ВСТ = IК/Iб но при условии, что ток коллектора и ток базы много больше тока Iко. Коэффициент Вст обычно не равен коэффициенту β при малых токах коллектора он меньше β при больших — больше. Ошибка не столь велика (не более 30—40%) и в любительской практике ею можно пренебречь. Радиолюбители часто коэффициент Вст измеряют при фиксированном токе базы Iб (рис. 5). В этом случае электроизмерительный прибор, включенный в коллекторную цепь транзистора, показывает ток коллектора Iк, который в Вст раз больше тока Iб. Шкалу прибора можно проградуировать непосредственно в значениях Вст. Казалось бы, просто, но за эту простоту приходится расплачиваться погрешностями измерения. Дело в том, что при таких измерениях не учитывается влияние начального тока коллектора Iкн=Iко (β+1), а ведь IH=IKH+Iбβ. Ток Iкн зависит от тока Iк0 и коэффициента β, следовательно, у разных транзисторов он будет неодинаков и внесет различную погрешность в измерения. Далее: предполагается, что ток базы всегда один и тот же, поскольку сопротивление Rб велико (ток базы определяют по формуле Iб= Uб/Rб и для маломощных транзисторов устанавливают равным 50—100 мка). Фактически же ток базы определяетЧтобы уменьшить искажения, надо измерять и ток базы, для чего прибор придется несколько усложнить (рис. 6). Пользуясь таким прибором, можно, во-первых, устанавливать два значения тока базы, например, 50 и 100 мка, а во-вторых, производить измерения таким образом, что будет уменьшена погрешность, связанная с влиянием тока Iко. Для этого сначала измеряют ток коллектора Iк1 при положении переключателя В на контакте -1 (ток базы Iб1), затем переключатель переводят в положение 2 и измеряют новые значения токов Iк2 и Iб2. Коэффициент Вст вычисляют по формуле: Кстати, коэффициент Вст можно измерять при фиксированном токе коллектора, как это показано на рис. 7. Переменным резистором R1 устанавливают ток Iк, равным, например, 1 ма, а шкалу этого резистора градуируют непосредственно в значениях Вст (исходя из предположения, что Вст=Iк/Iб). Резистор R2 ограничивает ток базы. Подобными простыми приборами вполне можно пользоваться, так как в подавляющем большинстве случаев радиолюбителя транзистор интересует прежде всего с точки зрения его работоспособности. Конечно, при их помощи нельзя определить, что транзистор, например, имеет коэффициент β именно 30, а не 25 и не 35. Но ведь такой точности радиолюбителю и не нужно, она необходима только для инженерных расчетов, когда сначала за письменным столом или на макете определяются допустимые отклонения коэффициентов усиления транзисторов для конкретного устройства, а затем в цехе проводится соответствующий подбор транзисторов. Радиолюбитель же обычно подбирает другие детали устройства под имеющиеся транзисторы, а не наоборот, как это бывает в промышленности. В заключение скажем, что по новой терминологии коэффициент α, измеренный на переменном токе в схеме с общей базой, обозначают h31б и называют коэффициентом передачи тока; коэффициент β, измеренный на переменном токе в схеме с общим эмиттером, обозначают h31э и называют коэффициентом передачи тока на малом сигнале, а коэффициент Вст обозначают h31э — то же, что h31э, но на большом сигнале. ЛИТЕРАТУРА В. П. Морозов. Радиолюбительские приборы дня проверки транзисторов. Изд-во ДОСААФ, 1965. В. А. Васильев. Радиолюбителю о транзисторах. Изд-во ДОСААФ, 1967. И. П. Жеребцов. Основы электроники. «Энергия», 1967. Транзисторы (справочник) под ред. И. Ф. Николаевского. «Связь», 1969. Справочник по полупроводниковым диодам и транзисторам под ред. Н. Н. Горюнова. «Энергия», 1968 Испытатель Транзисторов http://kazus.ru/shemes/showpage/0/92/1.html В испытателе всего два переключателя, которыми выключают питание и переключают его полярность в зависимости от структуры проверяемого транзистора. Кроме того, помимо определения статического коэффициента передачи h31э, обратного тока коллектора Iкбо, обратного тока эмиттера Iэбо транзистора, прибором можно проверять диоды и оксидные конденсаторы. При этом по стрелочному индикатору испытателя нетрудно определить обратный ток диода или ток утечки конденсатора.    Для проверки транзистора его выводы вставляют в гнезда XS1-XS3 и нажимают кнопку SB1 или SB2 в зависимости от структуры транзистора. Батарея GB1 подключается к деталям испытателя в той или иной полярности. Вступает в действие стабилизатор напряжения, составленный из стабилитрона VD1 и одного из балластных резисторов — R1 или R2. На базе соответствующего транзистора относительно подвижного контакта переключателя SB2.1 появляется стабилизированное напряжение. Оно необходимо для получения стабильного тока эмиттера испытываемого транзистора, при котором измеряется коэффициент передачи. В данном приборе этот ток выбран равным 3 мА (он зависит от сопротивления резистора R3).    В зависимости от коэффициента передачи тока испытываемого транзистора, в его базовой цепи, в значит, и через стрелочный индикатор РА1, будет протекать соответствующий ток. По отклонению стрелки индикатора и определяют коэффициент передачи.   Рис.1 Принципиальная схема     Кроме указанных на схеме, в приборе можно использовать другие кремниевые транзисторы соответствующей структуры и со статическим коэффициентом передачи тока не менее 30, а также другие кремниевые диоды (например, Д104А серий Д223, Д220) с прямым напряжением около 1 В. Постоянные резисторы — МЛТ-0,125, подстроенный — любой конструкции. Источник питания — батарея «Крона», переключатели — П2К с самовозвратом. Стрелочный индикатор — типа М906 с током отклонения стрелки на конечное деление шкалы 100 мкА и сопротивлением рамки 850 Ом. Подойдет и другой микроамперметр с аналогичными или близкими (по сопротивлению) параметрами.    Чтобы не заниматься градуировкой шкалы стрелочного индикатора (она сравнительно трудоемка), можно перенести на нее показания, приведенные на рис.2, либо составить градуировочную таблицу, в которой каждому значению тока индикатора будет указано соответствующее значение коэффициента передачи. Если шкала используемого микроамперметра других размеров, можно перенести на нее приведенные на рисунке значения известными способами (например, с помощью транспортира). Градуировку шкалы лучше всего проверить, подключая к гнездам прибора транзисторы с известным коэффициентом передачи.    После изготовления прибора соединяют проволочной перемычкой гнезда XS1 и XS2, а затем нажимают кнопку одного из переключателей. Подстроечным резистором R5 устанавливают стрелку индикатора на конечное деление шкалы — условный нуль отсчета коэффициента передачи. Если подстроечным резистором этого добиться не удается, подбирают резистор R4.    Чтобы измерить обратный ток коллектора транзистора структуры p-n-p, к прибору подключают только выводы базы и коллектора: первый — и гнезду XS2, второй — к гнезду XS1. Нажимают кнопку переключателя SB1. Для определения же обратного тока эмиттера вывод базы оставляют подключенным к гнезду XS2, а к гнезду XS1 вместо вывода коллектора подключают вывод эмиттера. При этой проверке нажимают кнопку переключателя SB2. Если же будет нажата кнопка переключателя SB1, стрелка индикатора отклонится до конечного деления шкалы.    Аналогично измеряют эти параметры у транзисторов структуры n-p-n, но нажимают в первом случае кнопку переключателя SB2, а во втором — SB1.    Проверяя диоды, подключают их выводы к гнездам XS1 и XS2. Тогда при нажатии одной кнопки стрелка индикатора отклонится до конечной отметки шкалы, а другой кнопки — на какой-то угол, соответствующий обратному току диода.    При проверке конденсаторов их выводы подключают к гнездам XS1 и XS2. Если плюсовой вывод конденсатора подключен к гнезду XS1, нажимают кнопку переключателя SB1. Ток утечки измеряют при установившемся положении стрелки индикатора.   Рис.2 Источник: Радио №5, 1987 г., стр.34 Автор: Н. Киверин, г. Яранск, Кировской обл. Достарыңызбен бөлісу:

Биполярный транзистор: принцип работы, характеристики, схемы

Биполярный транзистор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Внешний вид биполярного транзистора средней мощности и его цоколевка

Содержание статьи

Устройство

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E), базы («Б», англ. B) и коллектора («К», англ. C). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты.

Обозначение биполярных транзисторов на схемах и их структура. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации n-p-n и p-n-p транзисторов. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы.

PNP — транзистор прямой проводимости.

NPN — транзистор обратной проводимости.

Определить структура транзистора и проверить его исправность можно при помощи мультиметра.

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Упрощенная схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно большим током коллектора.

Режимы работы

Нормальный активный режим

Переход эмиттер-база включен в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ>0; UКБ<0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ<0; UКБ>0.

Инверсный активный режим

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ>0; UЭБ<0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты). Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включенный последовательно с токозадающим резистором. Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

• Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой

• Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по

  Схема включения с общей базой

  току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
• Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

• Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
• Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

• Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1.
• Малое входное сопротивление.

Схема включения с общим эмиттером

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].

  Схема включения с общим эмиттером

• Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.

• Большой коэффициент усиления по напряжению.
• Наибольшее усиление мощности.
• Можно обойтись одним источником питания.
• Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором

• Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].

  Схема включения с общим коллектором

• Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

• Большое входное сопротивление.
• Малое выходное сопротивление.

Недостатки

• Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры

• Коэффициент передачи по току.
• Входное сопротивление.
• Выходная проводимость.
• Обратный ток коллектор-эмиттер.
• Время включения.
• Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
• Обратный ток коллектора.
• Максимально допустимый ток.
• Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

• коэффициент усиления по току α;
• сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току r_э, r_к, r_б, которые представляют собой:
  • r_э — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
  • r_к — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
  • r_б — поперечное сопротивление базы.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h₁₁ = U_m1/I_m1, при U_m2 = 0

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h₁₂ = U_m1/U_m2, при I_m1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h₂₁ = I_m2/I_m1, при U_m2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h₂₂ = I_m2/U_m2, при I_m1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

U_m1 = h₁₁I_m1 + h₁₂U_m2;

I_m2 = h₂₁I_m1 + h₂₂U_m2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: I_m1 = I_mб, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mб-э, U_m2 = U_mк-э. Например, для данной схемы:

h_21э = I_mк/I_mб = β.

Для схемы ОБ: I_m1 = I_mэ, I_m2 = I_mк, U_m1 = U_mэ-б, U_m2 = U_mк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

;

;

;

.

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода C_к. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода C_э также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода r_э и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе. Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τ_з относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τ_ф. Временем включения транзистора называется τ_вкл = τ_з + τ_ф.

Биполярный СВЧ-транзистор

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ СВЧ) служат для усиления колебаний с частотой свыше 0,3 ГГЦ. Верхняя граница частот БТ СВЧ с выходной мощностью более 1 Вт составляет около 10 ГГц. Большинство мощных БТ СВЧ по структуре относится к n-p-n типу. По методу формирования переходов БТ СВЧ являются эпитакcиально-планарными. Все БТ СВЧ, кроме самых маломощных, имеют многоэмиттерную структуру (гребёнчатую, сетчатую). По мощности БТ СВЧ разделяются на маломощные (рассеиваемая мощность до 0,3 Вт), средней мощности (от 0,3 до 1,5 Вт) и мощные (свыше 1,5 Вт). Выпускается большое число узкоспециализированных типов БТ СВЧ.

Биполярный СВЧ-транзистор КТ3109А (PNP)

Технологии изготовления транзисторов

• Эпитаксиально-планарная.
• Диффузионно-сплавная.

Применение транзисторов

• Усилители, каскады усиления
• Генератор сигналов
• Модулятор
• Демодулятор (детектор)
• Инвертор (лог. элемент)
• Микросхемы на транзисторной логике (см. транзисторно-транзисторная логика, диодно-транзисторная логика, резисторно-транзисторная логика)

Ошибка разрыва связи

Щиток приборов

PHY 116A A01 FQ 2018

Перейти к содержанию Щиток приборов

• Авторизоваться

• Панель приборов

• Календарь

• Входящие

• История

• Помощь

Закрывать
• Мой Dashboard
• PHY 116A A01 FQ 2018
Осенний квартал (FQ) 2018
• Home
• Syllabus
• Файлы
• Задания
• Сотрудничество
• Kahn Academy (EE)
• Media Gallery
• My Media
• Книжная полка
• Zoom
• Список для чтения

К сожалению, вы обнаружили неработающую ссылку!

Параметры транзистора в схеме на Рисунке 4 равны Beta = 65, VBE (ВКЛ) =…



BJT AC — значение модели BJT Cpi) dic с B IB f DVC + VCE Gr gearbe {ao V be B + OVE E VBE VIE Здесь База B База CA коллектор B — База c Коллектор E → Эмиттер E Ic VI Излучатель CUTE 25x1c3u) gn = lan IE = Ipt Ic В gm do Ic = = Biel ß → коэффициент усиления по току VA К IE = Ie + P IB E = (B + 1) IB В.

Данная диаграмма ciawit Учитывая, что + 5V Beta-CB) = 65 VBE CON) = 0,7V JOK2 ovo 3302 it VA = 50v 220k 12 8 PLOKR 16_2 71111 -SV в первую очередь мы должны выполнить De- Analy s: чтобы найти te для цепи переменного тока: Se, для De- thalyis все конденсаторы будут работать как разомкнутые цепи: Тогда данная схема ven будет выглядеть следующим образом: 09 + 5v lokalite IB TOCK 3 16k_2IE TINT -51 При подаче кВч в петле Lai 100k (Ig) + VBECoN) + 16kCle) 55-0 look (IP) + Vee CON) + 16k (3 + 1) (7e) # 5 = 0 (: Je = (B + 1) 76)

look TB + VBECON) + 16% (B + 1) IB = 5 100k 18+ 16K (B +] IB = 5 — VBECON)> Jo (100k + 16KCB + 0) lok (B) = 5-Voz Cow) IB = 5-0.7 5– VBE CON) look + 1ők (3 + 1) M 100k + 16K (65 + 1) 4.3 IB 4.3 100K + 1056K 100K + 16k (66) 4.3 1156K IB = 4.3 1156X163 — 3.719×10-6A IB = 3.79X 106A Итак , мы знаем, что Ic = B IB Ic = (65) (3.71×109) * Ic = 0-2417x103A Ac- Анализ: для анализа переменного тока нам нужна эквивалентная принципиальная схема Ala. Схема De-voHoges AC-Bruivalent ciswit для данной схемы будет выглядеть следующим образом: и все будут работать как заземления. Затем.

Ac- Схема Carnivaleut: (модель pi) B.3302 w ovo f 20 122062 Vg Art Invbe & 3 look Voe lok-23 Zin E TIL Здесь gm Im = Ic — 9,669 X10 x10²S 0,2417×168 25×103 11 UT gm = 9,668 X10 38 ..Ar I w 65 9,668×10-3 6723.21- 2 gn * Alt = 6723-21-12 50 206868.0.12 5o = VA Ic 0,2417X10-3 90 = 206868 м необходимо подать на Чтобы найти zi, мы все можем: некоторое испытательное напряжение ‘2;’ place by Пусть значение напряжения источника питания bo vx и ток, который источник равен a через ila, затем [2; = VX ix

] Итак, диаграмма цепи будет следующей: ix Vy B ovo. of V Rc 1002 galbe San ao Whe 220K2 10K 12 7711 Применяя kan в узле Vx: Vx TÖOK 2 Vx + ix — an → Vx Vx [смотреть + in в V ehte + 100K -in [Tort) (смотреть Vx ano XTOOK ix (6729-21) x 100×103 6723.9+ (100X103) ATC + 100K —

VA 672.321 X106 6299.66 »630022 106723.21 Vx la = 6300-12 Zio Vx ia 63002 2; = 63002 Чтобы найти zo, нам нужно удалить все источники, независимые от источников, из нашего приложения. цепь на источнике напряжения в zo месте. Пусть это значение напряжения будет Vy Тогда текущее значение этого сигнала будет ty 20 = Vy ily D) Схема схемы для поиска 20: ly 330-2 посмотрите Voe 1gabe {cdo loka Vy TH Здесь мы можем сказать TK, что будет = ov, поскольку оба клеммы sil хорошо соединены с землей

Применяя Kch в узле y: Vy Ny + galbe = y So JOKI iy Vy So + Vy IOK + In (0) → Vy do M Vy lok + jy Vy [to + yox] = iy + ܠ Вы лизать) Oktoo h! привет Joxlok = 206868 X 10X103 COX103) + (200868 ly yokto — ལ Vy iy 2068.68X106 216868 = 9538.8952 E Vy ly 9538.9922 20 = Vy = 9538.89-2 ly> 20 = 95 38.94-12

Ava Vo Vs Для нахождения Av нам нужно использовать нашу схему Al-эквивалента; Vx B 3302 ovo f E на 100к-2 Вое? VE gulbe & Q0 (bk 22012 TI TI 771 из приведенной выше принципиальной схемы: x = Vbe При применении Kch в узле Vx VX — Vs + Vx + = 330 100K-2 + + VX la Vs 330 330 JOOK Vx 1 II. I 330 + + VS 330 100K eu 330 = 16 [330) Va [родительский тама) = v [[(3:03 x16 + 9 + (0,01×16) + (0,1467xo +) = vs [3,3 X10-3 VX [3,1884×103) — Vs [3:03 x108] Vx

Vx = Vg E 3.03 Xi -3 3,1887×10-3 = Vs (0,9502) путем применения kch на узле Vo: Vo + vo 220K lok + You + gabe ao vs [loekt nok + Bot] gombe o Toxic Oefe] = — 6,668×10 ° 3) ( 0,9502)> v [6,1803) + (9,1865386X16-3) Vo + 10XL03 + 920×103 + (0,004545×103) + (0,0048 34×10 Vo [0,109399×10-3] ca 9,1865336x103V5 vo Vs 9,1865-338 x108 0,109379 X1003 -83-988 Vo Vs -83,988 Av = Нет Vs = -83,988 Av = -83-988

Стабилизация транзистора

— Inst Tools

Коллекторный ток в транзисторе быстро изменяется при (i) изменении температуры,

(ii) транзистор заменен другим такого же типа.Это связано с характерными вариациями параметров транзисторов. При изменении температуры или замене транзистора рабочая точка (т.е. нулевой сигнал I _C и V _CE ) также изменяется. Однако для точного усиления важно, чтобы рабочая точка оставалась фиксированной. Это требует, чтобы рабочая точка не зависела от этих изменений. Это называется стабилизацией.

Процесс обеспечения независимости рабочей точки от изменений температуры или параметров транзистора известен как стабилизация.

После завершения стабилизации нулевой сигнал I _C и V _CE становится независимым от колебаний температуры или замены транзистора, т. Е. Рабочая точка фиксируется. Хорошая схема смещения всегда обеспечивает стабилизацию рабочей точки.

Необходимость стабилизации. Стабилизация рабочей точки необходима по следующим причинам:

(i) Температурная зависимость IC

(ii) Индивидуальные вариации

(iii) Термический разгон

(i) Температурная зависимость I _C .

Ток коллектора I _C для цепи CE определяется по формуле:

I _C = β.I _B + I _CEO = β. I _B + (β + 1) I _CBO

На ток утечки коллектора I _CBO большое влияние (особенно в германиевых транзисторах) оказывают изменения температуры. Повышение на 10 ° C удваивает ток утечки коллектора, который может достигать 0,2 мА для германиевых транзисторов малой мощности. Поскольку условия смещения в таких транзисторах обычно устанавливаются так, что нулевой сигнал I _C = 1 мА, поэтому изменение I _C из-за колебаний температуры недопустимо.Это требует стабилизации рабочей точки, то есть поддержания постоянной I _C , несмотря на колебания температуры.

(ii) Индивидуальные вариации.

Значения β и V _BE не совсем одинаковы для любых двух транзисторов, даже одного типа. Кроме того, сам V _BE уменьшается при повышении температуры. Когда транзистор заменяется другим того же типа, эти изменения изменяют рабочую точку. Это требует стабилизации рабочей точки i.е. поддерживать постоянным I _C независимо от индивидуальных изменений параметров транзистора.

(iii) Температурный разгон.

Ток коллектора для конфигурации CE определяется выражением:

I _C = β.I _B + (β + 1) I _CBO

Ток утечки коллектора I _CBO сильно зависит от температуры. Ток коллектора вызывает нагрев внутри транзистора. Это повышает температуру транзистора, и, если стабилизация не выполняется, ток утечки коллектора I _CBO также увеличивается.Это ясно из опыта. ( i ), что если I _CBO увеличивается, ток коллектора I _C увеличивается на (β + 1) I _CBO . Увеличение I _C повысит температуру транзистора, что, в свою очередь, приведет к увеличению I _CBO . Этот эффект является кумулятивным, и в считанные секунды ток коллектора может стать очень большим, что приведет к перегоранию транзистора.

Самоуничтожение нестабилизированный транзистор это известный как термический разгон.

Во избежание теплового разгона и последующего разрушения транзистора очень важно, чтобы рабочая точка была стабилизирована , то есть . I C остается постоянным. На практике это достигается путем автоматического уменьшения I _B при повышении температуры путем модификации схемы. Тогда уменьшение β I _B будет компенсировать увеличение (β + 1) I _CBO , сохраняя I C почти постоянным.Фактически, это то, к чему всегда стремятся при построении и проектировании схемы смещения.

Что такое альфа-бета-гамма транзистора? — Реабилитацияrobotics.net

Что такое альфа-бета-гамма в транзисторе?

Схема усилителя с общим эмиттером Коэффициент усиления тока транзистора обозначается греческим символом Бета (β). Поскольку ток эмиттера для общей конфигурации эмиттера определяется как Ie = Ic + Ib, отношение Ic / Ie называется Alpha, учитывая греческий символ α.Примечание: значение Alpha всегда будет меньше единицы.

Что такое текущий коэффициент усиления альфа и бета?

α и β — параметры транзистора, определяющие коэффициент усиления транзистора по току. α определяется как отношение тока коллектора к току эмиттера. α = МКПП. β определяется как коэффициент усиления по току, который определяется отношением тока коллектора к току базы.

Что такое бета-транзистор?

β (бета) транзистора — это коэффициент усиления или усиления транзистора.Это коэффициент усиления тока в цепи. Таким образом, если коэффициент β транзистора равен 100, ток базы, который идет в него, усиливается на 100.

Что такое гамма транзистора?

— Работа транзистора в общем коллекторе аналогична работе, описанной для. общая база. Он основан на соотношении тока эмиттера и базы, называемом ГАММА (γ), потому что. вывод снимается с эмиттера. Поскольку небольшое изменение базового тока контролирует большое.

Что такое альфа транзистора?

α (альфа) транзистора — это коэффициент или значение, на которое умножается ток эмиттера, чтобы получить значение тока коллектора.

Что такое точка Q транзистора?

Точка Q или рабочая точка устройства, также известная как точка смещения, или точка покоя — это установившееся постоянное напряжение или ток на определенной клемме активного устройства, такого как диод или транзистор, без подачи входного сигнала.

Каковы альфа и бета параметры транзистора?

Alpha (αdc): определяется как отношение тока коллектора к току эмиттера. Бета (βdc): это коэффициент усиления по току, определяемый как отношение тока коллектора к току базы.

Что такое Alpha DC?

Alpha = αdc: определяется как отношение тока коллектора к току эмиттера.

Каковы альфа и бета параметры транзистора Какая связь между ними?

Соотношение между α и β транзистора: Коэффициент постоянного тока общей базы или коэффициент усиления по току (αdc) определяется как отношение тока коллектора (IC) к току эмиттера (IE). Коэффициент постоянного тока общего эмиттера или коэффициент усиления по току (βdc) определяется как отношение тока коллектора к току базы (IB).

Какие параметры транзистора?

Параметр — это характеристика или свойство транзистора, которое идентифицирует его и отличает от другого аналогичного транзистора. При выборе конкретного транзистора для выполнения конкретной работы сравнение параметров — это средство, с помощью которого можно выбрать наиболее подходящий компонент.

Какие два основных типа транзисторов?

Транзисторы в основном делятся на два типа; это биполярные переходные транзисторы (BJT) и полевые транзисторы (FET).BJT снова подразделяются на транзисторы NPN и PNP.

Какие четыре гибридных параметра?

Четыре гибридных параметра h21, h22, h31 и h32 определены следующим образом. = Входное сопротивление при коротком замыкании выходной части.

Что быстрее BJT или FET?

Таким образом, BJT более подходят, чем MOSFET, для управления маломощными светодиодами и аналогичными устройствами из блока микроконтроллеров (например, Arduino). BJT может переключаться быстрее, чем MOSFET, из-за меньшей емкости на управляющем контакте.Однако MOSFET более устойчив к нагреву (устойчив к тепловым изменениям) и может имитировать хороший резистор.

Какое устройство переключения самое быстрое?

МОП-транзистор

Почему это транзистор?

Слово «транзистор» означает сочетание передачи и сопротивления. Это потому, что он передает сопротивление с одного конца устройства на другой конец, или, можно сказать, передачу сопротивления. Отсюда и название транзистор. Транзисторы имеют очень высокое входное сопротивление и очень низкое выходное сопротивление.

Что быстрее NPN или PNP?

Транзистор NPN имеет электроны в качестве основных носителей заряда, тогда как транзистор PNP имеет дырки в качестве основных носителей заряда. Подвижность электронов лучше подвижности дырок. подвижность электронов больше, чем у дырок, поэтому транзисторы npn быстрее, чем pnp, поэтому они предпочтительнее.

Могу ли я использовать NPN вместо PNP?

Как правило, транзисторы PNP могут заменять транзисторы NPN в большинстве электронных схем, единственная разница заключается в полярности напряжений и направлениях тока.Транзисторы PNP также могут использоваться в качестве переключающих устройств, и пример транзисторного переключателя PNP показан ниже.

Характеристики транзистора

| Electrical4U

Характеристики транзистора — это графики, которые представляют отношения между током и напряжениями транзистора в конкретной конфигурации. Рассматривая схемы конфигурации транзисторов как аналог двухпортовых сетей, их можно проанализировать с помощью характеристических кривых, которые могут быть следующих типов

1. Входные характеристики: они описывают изменения входного тока с изменением значений входного напряжения, сохраняя постоянное выходное напряжение.
2. Выходные характеристики: это график зависимости выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе.
3. Характеристики передачи тока: Эта характеристическая кривая показывает изменение выходного тока в соответствии с входным током, сохраняя выходное напряжение постоянным.

Конфигурация транзистора с общей базой (CB)

В конфигурации CB, клемма базы транзистора будет общей между входными и выходными клеммами, как показано на рисунке 1.Эта конфигурация обеспечивает низкий входной импеданс, высокий выходной импеданс, высокий коэффициент усиления сопротивления и высокий коэффициент усиления по напряжению.


Входные характеристики для конфигурации CB транзистора

На рисунке 2 ниже показаны входные характеристики схемы конфигурации CB, которая описывает изменение тока эмиттера, I _E с напряжением база-эмиттер, В _BE с сохранением коллектор-база напряжение, В _CB постоянное.


Это приводит к выражению для входного сопротивления как


Выходные характеристики для конфигурации CB транзистора

Выходные характеристики конфигурации CB (рисунок 3) показывают изменение тока коллектора, I _C с V _CB , когда ток эмиттера I _E поддерживается постоянным.Из представленного графика выходное сопротивление может быть получено как:


Характеристики передачи тока для конфигурации CB транзистора

На рисунке 4 ниже показаны характеристики передачи тока для конфигурации CB, которая иллюстрирует изменение I _C с I _E , сохраняя V _CB постоянным. Результирующий коэффициент усиления по току имеет значение меньше 1 и может быть математически выражено как:


Конфигурация транзистора с общим коллектором (CC)

Эта конфигурация транзистора имеет клемму коллектора транзистора, общую между входными и выходными клеммами (рис. 5) и также называется конфигурацией эмиттерного повторителя.Это обеспечивает высокий входной импеданс, низкий выходной импеданс, коэффициент усиления по напряжению меньше единицы и большой коэффициент усиления по току.


Входные характеристики для конфигурации CC транзистора

На рисунке 6 показаны входные характеристики для конфигурации CC, которые описывают изменение I _B в соответствии с V _CB , для постоянного значения напряжения коллектор-эмиттер, В _CE .


Выходные характеристики транзистора

для конфигурации CC


Характеристики передачи тока для CC-конфигурации транзистора

Эта характеристика CC-конфигурации (Рисунок 8) показывает изменение I _E с I _B , сохраняя V _CE как постоянное.


Конфигурация транзистора с общим эмиттером (CE)

В этой конфигурации клемма эмиттера является общей между входными и выходными клеммами, как показано на рисунке 9. Эта конфигурация предлагает среднее входное сопротивление, среднее выходное сопротивление, среднее усиление по току и усиление напряжения.


Входные характеристики для конфигурации CE транзистора

На рисунке 10 показаны входные характеристики для конфигурации транзистора CE, которые иллюстрируют изменение I _B в соответствии с V _BE , когда V _CE поддерживается постоянным.

Из графика, показанного на рисунке 10 выше, входное сопротивление транзистора может быть получено как


Выходные характеристики для конфигурации CE транзистора

Выходные характеристики конфигурации CE (рисунок 11) также называются характеристиками коллектора. .Этот график показывает изменение I _C с изменениями в V _CE , когда I _B остается постоянным. Из представленного графика выходное сопротивление может быть получено как:


Характеристики передачи тока для конфигурации CE транзистора

Эта характеристика конфигурации CE показывает изменение I _C с I _B , сохраняя V _CE как константа. Математически это может быть задано как

. Это отношение называется усилением по току с общим эмиттером и всегда больше 1.

Наконец, следует отметить, что хотя описанные характеристические кривые относятся к BJT, аналогичный анализ применим даже в случае FET.

Транзисторные или BJT-модели переменного тока

Здравствуйте, друзья, надеюсь, у вас все отлично. В сегодняшнем руководстве мы рассмотрим модели транзисторов или BJT переменного тока. Для анализа работы транзистора в схемах усилителя целесообразно обозначить устройства в виде модельных схем. В модельной схеме транзистора для определения работы используются многочисленные внутренние параметры транзистора.

Модель транзистора, которую мы обсуждаем в этом посте, будет основана на сопротивлении или параметрах r. С этими другими параметрами, называемыми параметрами h, мы также подробно поговорим. Итак, давайте начнем с моделей транзисторов или BJT переменного тока.

BJT r Параметры
• Обычно используются 5 основных параметров биполярного перехода, как показано на рисунке ниже.
• Курсивная строчная буква r с штрихом обозначает внутреннее сопротивление транзистора.
Модель транзистора r-параметров
• Модель параметра r для биполярного переходного транзистора показана на рисунке, обозначенном как (а).
• Для дальнейшего анализа влияние базового резистора r’b меньше, чем можно пренебречь, поэтому его можно заменить на короткое замыкание.
• В то время как сопротивление коллектора переменного тока r’c составляет несколько сотен кОм, поэтому его можно заменить разомкнутой цепью.
• Результирующая упрощенная соответствующая схема r-параметра показана на рисунке, обозначенном как (b).
• Объяснение схемы этой модели может быть сделано, поскольку сопротивление между эмиттером и базой наблюдается в эмиттере прямого смещения.
• Коллектор работает как зависимый источник тока a, αacIe или равный βacIb и обозначенный символом в форме ромба.
• Эти параметры показаны на рисунке ниже.
Определение re по формуле
• Для анализа усилителя сопротивление эмиттера переменного тока r’e является важным параметром r.
• Чтобы найти оценочное значение r’e, вы можете использовать приведенное ниже уравнение, которое рассчитывается путем предположения резкого перехода между областями n и p.
• Это зависит от температуры и основывается на температуре окружающей среды двадцать градусов по Цельсию.

r’e = 25 мВ / IE

• значение числителя будет большим для большей температуры или транзистора с постепенным переходом.
• Хотя эти условия приведут к сравнительно различным последствиям, в большинстве случаев конструкции обычно не зависят от значения сопротивления эмиттера r’e, и мы получим хорошие результаты, используя приведенное выше уравнение.
Сравнение бета-версии переменного тока (βac) с бета-версией постоянного тока (βDC)
• Графическое представление между IC и IB для типичного транзистора не является линейным, как показано на рисунке ниже.
• Если вы возьмете точку Q на графической кривой и измените базовый ток до значения ΔIB, тогда ток коллектора изменит ΔIC, как показано на рисунке, обозначенном как (b).
• Для разных точек кривой будут разные значения отношения ΔIc / ΔIB.
• Оно также может отличаться от отношения IC / IB в точке Q.

Как βDC = IC / IB и βAC = ΔIc / ΔIB

• Значения этих двух параметров могут немного отличаться.
h Параметры
• В таблице данных производителя транзистора указан параметр h или гибридный (hi, hr, hf и ho ), потому что эти параметры можно легко измерить.
• На каждом рисунке ниже показано объяснение 4 основных параметров переменного тока «h».
• Каждый параметр h имеет нижний индекс, который обозначает структуру усилителя с общим эмиттером (e), общей базой (b) или общим коллектором (c).
• Здесь термин «общий» обозначает один из трех выводов E, B или C, который относится к заземлению переменного тока как для входных, так и для выходных сигналов.
Взаимосвязь параметров h и параметров r
• Коэффициенты переменного тока преобразуются непосредственно из параметров h как.

αac = hfb

βac = hfe

• Поскольку таблицы часто предлагают только параметр h общего эмиттера, приведенные ниже формулы объясняют, как преобразовать их в параметр r.

R’e = hre / hoe

R’c = (hre + 1) / мотыга

R’b = hie-hre / hoe (1 + hfe)

Итак, друзья, это подробный пост о транзисторных или BJT-моделях переменного тока, если у вас есть какие-либо сообщения о транзисторных или BJT-моделях переменного тока, спросите в комментариях. Спасибо за прочтение.

Автор: Генри

http: // www.theengineeringknowledge.com

Я профессиональный инженер и закончил известный инженерный университет, а также имею опыт работы инженером в различных известных отраслях. Я также пишу технический контент, мое хобби — изучать новые вещи и делиться ими с миром. Через эту платформу я также делюсь своими профессиональными и техническими знаниями со студентами инженерных специальностей.

Сообщение навигации

Извлечение параметров

и модели сложных нелинейных транзисторов

Все параметры модели фундаментально связаны друг с другом, поэтому непосредственно измеренные отдельные параметры, хотя и широко используются и принимаются, на начальном этапе могут служить только в качестве хороших оценок.В этом всеобъемлющем ресурсе представлены все аспекты моделирования параметров полупроводниковых полевых устройств на основе технологии арсенида галлия (GaAs) и нитрида галлия (GaN). Полевые транзисторы металл-полупроводник (MESFET), транзисторы с высокой подвижностью электронов (HEMT) и биполярные транзисторы с гетеропереходом (HBT), их структуры и функции, а также существующие модели транзисторов также классифицируются. Модель Шокли представлена ​​для того, чтобы дать представление о физике устройства на полупроводниковых полевых транзисторах (FET) и объяснить взаимосвязь между геометрическими параметрами и параметрами материала и характеристиками устройства.

Обсуждается извлечение улавливающих и термических постоянных времени. Специальный раздел посвящен стандартным нелинейным моделям полевых транзисторов, применяемым к измерениям больших сигналов, включая статический / импульсный постоянный ток и одно- / двухтональную стимуляцию. Также включены установки для измерения высокой мощности для измерения формы сигнала, широкополосного измерения источника / нагрузки (в том числе источника огибающей / нагрузки), а также установки для измерения мощных интермодуляционных искажений (IMD) (включая нагрузку на огибающую).Написанная всемирно известным экспертом в данной области, эта книга — первая книга, в которой в одном томе рассматриваются все аспекты моделирования полупроводниковых полевых транзисторов.

НАЖМИТЕ ЗДЕСЬ, чтобы загрузить список исправлений для этого заголовка.

Введение; Концепции транзисторов; Классификация моделей транзисторов; Классическая модель Шокли и расширенные модификации; Внешняя транзисторная сеть постоянного тока; Оценка значений элементов модели полевого транзистора; Сложность модели транзистора; Надежные оценки параметров модели с низкой частоты; Методы измерения слабых сигналов; Неопределенности в процессе моделирования устройства; Методы оптимизации для извлечения параметров модели; Методы экстракции; Одновременное извлечение параметров модели; Извлечение параметров модели на основе декомпозиции; Метод двунаправленного поиска; Извлечение параметров чистой аналитической модели; Извлечение параметров аналитической модели с использованием рациональных функций; Повторяющаяся случайная оптимизация с адаптивным пространством поиска; Частотное сканирование для анализа зависимостей от смещения последовательных сопротивлений; Извлечение параметров модели с начальными значениями параметров, коррелированными с измерениями; Основы нелинейного моделирования полевых транзисторов; Нелинейно-дисперсионная модель устройства на полевых транзисторах; Методы измерения больших сигналов для устройства; Стандартные модели полевых транзисторов — возможности и ограничения; Разработана расширенная проверка модели устройств с большим сигналом; Приложения.

No related posts.