Основы электронной техники (стр. 23 )

Характеристики плоскостного диода в случае прямого включения по­казаны на рис. 20.7. Заметим, что, как только напряжение смещения превысит потенциальный барьер диода, через него начинает протекать большой ток. При этом очень малое увеличение напряжения смещения приводит к сильному увеличению тока, протекающего через диод. При напряжениях ниже прямого напряжения через диод протекает малый ток утечки (несколько микроампер), которым обычно пренебрегают.

Характеристики диода в случае обратного включения показаны на рис. 20.8. При обратном включении через диод протекает очень малый ток, вызванный неосновными носителями. Величина этого обратного тока практически постоянна вплоть до достижения максимального напряже­ния, называемого напряжением пробоя рта-перехода или обратным пико­вым напряжением. Если приложить еще большее напряжение, то насту­пает пробой и обратный ток резко возрастает, что приводит к разрушению диода. Поэтому при включении диода в схему следует убедиться, что обратное напряжение на нем не превысит напряжение пробоя, ука­занное изготовителем. Германиевые диоды имеют больший ток утечки и, следовательно, более низкое сопротивление при обратном включении, чем кремниевые диоды.

Рис. 20.7. Характеристики герма­ниевого и кремниевого диодов при прямом включении.

Рис. 20.8. Характеристики плос­костного диода в случае обратного включения.

21

Транзисторы

Транзистор — это полупроводниковый прибор, составленный из двух pn-переходов, как показано на рис. 21.1. У транзистора три вывода: эмиттер, база и коллектор. Существуют два типа транзисторов: pnp-транзисторы (рис. 21.1(а)) и npn-транзисторы (рис. 21.1(б)). По принципу работы они ничем не отличаются друг от друга, за исключением полярности подава­емого постоянного напряжения смещения.

Рассмотрим транзистор npn-типа (рис. 21.2). Переход база – эмиттер (или просто эмиттерный переход) этого транзистора смещен в прямом направлении напряжением VBE, поэтому электроны из области эмитте­ра будут перетекать через этот переход в область базы, создавая ток Iе. Это обычный прямой ток рта-перехода, смещенного в прямом направлении. Как только электроны попадают в область базы, они начинают испыты­вать притяжение положительного потенциала коллектора. Если область базы сделать очень тонкой, то почти все эти электроны проскочат через нее к коллектору. Только очень малая часть электронов собирается ба­зой, формируя базовый ток Ib. Фактически более 95% всех электронов эмиттерного тока Iе собираются коллектором и формируют коллектор­ный ток Ic транзистора. Таким образом,

Iе = Ic + Ib.

Так как базовый ток Ib очень мал (чаще всего он измеряется микроампе­рами), то им обычно пренебрегают. Тем самым предполагается, что токи Ic и Iе равны, и каждый из них принято называть током транзистора.

Рис. 21.1. Транзисторы и их условны: обозначения: (а) pnp-тип, (б) npn-тип.

Рис. 21.2. Подача напряжений Рис. 21.3. Подача напряжений

смещения npn-транзистора. сме­щения pnp-транзистора.

Обратите внимание, что переход база — коллектор (или просто кол­лекторный переход) смещен в обратном направлении напряжением VCD. Это необходимое условие работы транзистора, поскольку в противном случае электроны не притягивались бы к коллектору. При этом в со­ответствии с правилом выбора направления тока (от положительного по­тенциала к отрицательному) считается, что ток транзистора течет от кол­лектора к эмиттеру.

Для рпр-транзистора полярности подачи постоянных напряжений смещения должны быть изменены на обратные, как показано на рис. 21.3. В этом случае ток транзистора представляет собой перемещение дырок от эмиттера к коллектору или электронов от коллектора к эмиттеру.

Схемы включения транзистора

Имеются три основные схемы включения транзистора в электронные цепи.

1. Схема с общим эмиттером (ОЭ). Общим выводом здесь является эмиттер: входной сигнал подается между базой и эмиттером, а вы­ходной сигнал снимается между коллектором и эмиттером (рис. 21.4). Эта схема получила наиболее широкое распространение из-за своей гибкости и высокого коэффициента усиления.

2. Схема с общей базой (ОБ). Базовый вывод транзистора является об­щим выводом для входного и выходного сигналов (рис. 21.5).

3. Схема с общим коллектором (ОК). В этой схеме общим выводом для входного и выходного сигналов является коллектор. Ее называют так­же эмиттерным повторителем (рис. 21.6).

Интересно, что на внутреннем уровне транзистор работает во всех схе­мах включения совершенно одинаково, тогда как внешнее поведение его в каждом случае различно.

Рис. 21.4. Схема с общим эмитте­ром (ОЭ).

Рис. 21.5. Схема с общей базой (ОБ).

Рис. 21.7.

Рис. 21.6. Схема с общим коллек­тором (ОК).

Обратите внимание, что выходной сигнал

снимается с эмит­тера.

Каждая схема включения характеризует­ся своим собственным набором основных параметров, в который входят коэффициент усиления, входное и выходное сопротивления и АЧХ.

Характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

Поведение транзистора в статических условиях, то есть в отсутствие вход­ного сигнала, определяют характеристики трех типов.

1. Входные характеристики, или зависимости входного тока от входного напряжения.

2. Выходные характеристики, или зависимости выходного тока от выход­ного напряжения.

3. Передаточные характеристики, или зависимости выходного тока от входного тока.

Описываемые ниже характеристики относятся к npn-транзистору (рис. 21.7). Для pnp-транзистора нужно изменить полярность напряже­ния постоянного тока на отрицательную.

Входные характеристики

На рис. 21.8 представлены входные характеристики для npn -транзистора. Они ничем не отличаются от характеристик pn -перехода диода, смещен­ного в прямом направлении, поскольку вход (переход база — эмиттер)

Рис. 21.8. Входные характеристики транзистора.

как раз и является таким переходом. Заметим, что, как и в диоде, вход­ной ток Ib начинает протекать через эмиттерный переход только тогда, когда на этом переходе устанавливается требуемое значение прямого на­пряжения. Если это напряжение (0,3 В для Ge и 0,6 В для Si) уста­новлено, то в дальнейшем напряжение Vbe между базой и эмиттером практически не изменяется даже при сильном увеличении тока базы. Таким образом, транзистор можно рассматривать как токовый элемент, допускающий изменение входного тока при постоянном входном напря­жении.

Выходные характеристики

На рис. 21.9 приведено семейство кривых, называемых выходными харак­теристиками транзистора, которые устанавливают связь тока коллектора (выходного тока) Ic с напряжением на коллекторе (выходным напряже­нием) VCE. Для определенных значений тока базы (входного тока) Ib. Эти кривые устанавливают также взаимосвязь между входным током, с одной стороны, и выходным током и выходным напряжением — с другой. На­пример, для транзистора с выходными характеристиками, приведенными на рис. 21.9, при Ib = 40 мкА и VCE = 6 В ток коллектора Ic = 4 мА. Это значение легко определяется из выходной характеристики, соответству­ющей выбранному току базы.

Характеристика для Ib = 0 соответствует транзистору в непроводя­щем состоянии, т. е. в состоянии отсечки, когда величина напряжения VCE меньше требуемой величины прямого падения напряжения на эмиттерном переходе. Теоретически ток транзистора равен нулю при Ib = 0; однако реально очень слабый ток утечки всегда протекает через коллекторный переход.

Рис. 21.9. Семейство выходных характеристик транзистора.

Статический коэффициент усиления тока β

Очень важным параметром любого транзистора является его коэффициент усиления по постоянному току, называемый статическим коэффициентом усиления тока. Это коэффициент усиления тока для транзистора, находящегося в статическом режиме, то есть в отсутствие входного сигнала. Статический коэффициент усиления тока является без­размерной величиной (отношение величин двух токов) и определяется по формуле

Выходной ток Ic

β = =

Входной ток Ib

Величину β можно рассчитать с помощью выходных характеристик транзистора. Например, если транзистор работает в режиме, определяемом точкой Q (рабочая точка), при Ib, = 40 мкА и Ic = 4 мА, то

Передаточные характеристики

Эти характеристики устанавливают взаимосвязь между входным и вы­ходным токами транзистора (рис. 21.10). С помощью такой характери­стики можно рассчитать статический коэффициент усиления тока. На­пример, если точка Q — рабочая точка транзистора, то