Материал: Физические основы электроники

большее количество их достигнет коллекторного перехода и будет участвовать в образовании тока коллектора Iк . Это приведет к из-

менению коэффициента передачи по току α.

2. Изменение тока Iк при Iэ const приводит к зависимости Iк от E2 , т. е. к изменению сопротивления коллекторного перехода.

3.Поскольку при этом меняется заряд носителей в базе, то это приводит к изменению емкости p–n-перехода.

4.Изменение ширины базового слоя приводит к изменению времени прохождения зарядами базовой области, т. е. к изменению частотных свойств транзистора.

5.Изменение ширины базы влияет на величину тока Iэ при неизменном значении E1 .

Как крайнюю степень проявления модуляции ширины базы следует рассматривать явление, называемое проколом базы. Прокол базы наступает тогда, когда под действием большого значения ЭДС источника питания E2 ширина коллекторного перехода возрастает настолько, что

происходит его смыкание с эмиттерным переходом, что весьма вероятно в условиях малой толщины базовой области. При этом α 1, а транзистор пробивается.

Основные параметры биполярных транзисторов:

1. Коэффициенты передачи эмиттерного и базового тока:

2. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода (еди-

ницы – десятки Ом)

3. Обратный ток коллекторного перехода при заданном обратном напряжении (единицы наноампер – десятки миллиампер)

4. Объемное сопротивление базы rб (десятки – сотни Ом).

86

5. Выходная проводимость h22 , или дифференциальное сопротивление коллекторного перехода (доли – сотни мкСм),

9. Емкость коллекторного перехода Cк (единицы – десятки пико-

фарад).

Выводы

1.При прямом напряжении, приложенном к эмиттерному переходу, потенциальный барьер понижается и в базу инжектируются носители заряда.

2.Инжектированные в базу неосновные носители заряда диффундируют в сторону коллекторного перехода.

3.Вследствие того, что ширина базы транзистора мала и концентрация основных носителей заряда в ней низкая, почти все инжектированные в базу неосновные носители заряда достигают коллекторного перехода и перебрасываются полем потенциального барьера в коллектор, образуя управляемый ток коллектора.

4.Небольшая часть инжектированных носителей заряда успевает рекомбинировать в базе, образуя рекомбинированную составляющую тока эмиттера, которая замыкается через цепь базы.

5.Через цепь базы замыкается также небольшая составляющая тока эмиттера, образованная диффузией неосновных носителей заряда из базы в эмиттер, и обратный ток коллекторного перехода.

3.3. Схемы включения транзистора

Как было рассмотрено на примере, для усиления электрического сигнала в цепь транзистора необходимо включить два источника – входного сигнала E1 и питания E2 . Поскольку транзистор имеет три вывода

87

(эмиттер, база, коллектор), а два источника питания имеют четыре вывода, то обязательно один из выводов транзистора будет общим для обоих источников, т. е. одновременно будет принадлежать и входной цепи, и выходной. По этому признаку различают три возможных схемы вклю-

чения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.

3.3.1. Схема с общей базой

Рассмотренный выше пример построения усилителя электрических сигналов с помощью транзистора является схемой включения с общей базой. На рис. 3.5 приведена электрическая принципиальная схема включения транзистора с общей базой.

Рис. 3.5. Включение транзистора по схеме с общей базой

Основные параметры, характеризующие эту схему включения, получим следующим образом:

1. Коэффициент усиления по току

Индекс «б» в (3.3) указывает на отношение этого параметра к схеме

собщей базой.

2.Входное сопротивление

Из (3.4) следует, что входное сопротивление транзистора, включенного в схему с общей базой, очень невелико и определяется в основном сопротивлением эмиттерного p–n-перехода в прямом направлении. На практике оно составляет единицы – десятки Ом. Это следует отнести к недостаткам усилительного каскада, т. к. приводит к нагружению источника входного сигнала.

88

3. Коэффициент усиления по напряжению

Коэффициент усиления по напряжению может быть достаточно большим (десятки – сотни единиц), т. к. определяется в основном соотношением между сопротивлением нагрузки Rн и входным сопротивлением.

4. Коэффициент усиления по мощности

Для реальных схем коэффициент усиления по мощности равняется десяткам – сотням единиц.

3.3.2.Схема с общим эмиттером

Вэтой схеме (рис. 3.6) по-прежнему источник входного сигнала E1

включен в прямом направлении по отношению к эмиттерному переходу, а источник питания E2 включен в обратном направлении по отно-

шению к коллекторному переходу и в прямом – по отношению к эмиттерному. Под действием источника входного сигнала E1 в базовой цепи

протекает ток Iб ; происходит инжекция носителей из эмиттерной обла-

сти в базовую; часть из них под действием поля коллекторного перехода перебрасывается в коллекторную область, образуя, таким образом, ток в цепи коллектора Iк , который протекает под действием источника

питания E2 через эмиттер и базу. Поэтому

Рис. 3.6. Включение транзистора по схеме с общим эмиттером

89

Входным током является ток базы Iб , а выходным – ток коллектора Iк . Выходным напряжением является падение напряжения на сопротивлении нагрузки Rн .

Основные параметры, характеризующие эту схему включения, определим из выражений:

1. Коэффициент усиления по току

поделив в этом выражении числитель и знаменатель дроби на ток эмиттера Iэ, получим:

Из (3.9) видно, что в схеме с общим эмиттером коэффициент усиления по току достаточно большой, т. к. α – величина, близкая

кединице, и составляет десятки – сотни единиц.

2.Входное сопротивление транзистора в схеме с общим эмиттером

Поделив в этом выражении числитель и знаменатель на ток эмиттера Iэ, получим:

Отсюда следует, что Rвх э R вх б , т. е. по этому параметру схема

с общим эмиттером значительно превосходит схему с общей базой. Для схемы с общим эмиттером входное сопротивление лежит в диапазоне сотни Ом – единицы кОм.

3. Коэффициент усиления по напряжению

Подставляя сюда Rвх э из (3.10), получим:

90