UКЭ0 проб = UКБ0 проб (3.40)
где b= 2...6 - коэффициент, зависящий от материала, из которого изготовлен транзистор. В связи с сильным уменьшением пробивного напряжения запрещается эксплуатация транзистора с разомкнутой базовой цепью.
На рис 3.29 приведены выходные характеристики транзистора в режиме пробоя. Помимо рассмотренных выше пробивных напряжений UКБ0проб и UКЭ0проб на рисунке показано напряжение UКЭRпроб, соответствующее некоторому конкретному сопротивлению RБ, включенному в цепь базы и определяющему ее ток. Из рисунка видно, что UКЭ0 проб < UКЭR проб< UКБ0 проб. Для увеличения напряжения пробоя коллекторного перехода степень легирования коллектора стараются выбирать достаточно низкой. Так же, как и в полупроводниковом диоде, обратимый лавинный пробой (называемый иногда первичным пробоем) при отсутствии ограничения тока может перейти в тепловой пробой (вторичный пробой), характеризующийся уменьшением напряжения uКЭ (см. рис. 3.29) и приводящий к выходу транзистора из строя. При этом в транзисторе опасность возникновения теплового пробоя оказывается значительно сильнее, чем в диоде. Это объясняется тем, что за счет инжекции электронов из эмиттера в базу через обратно - смещенный коллекторный переход при больших напряжениях протекает большой обратный ток и, соответственно, велика мощность, рассеиваемая в переходе. Тепловой пробой наступает в том случае, когда рассеиваемая на коллекторе мощность PК =uКЭ × iК превышает максимально допустимую рассеиваемую мощность PК МАКС. Гипербола, соответствующая допустимой мощности, показана пунктиром на рис. 3.29. Кроме лавинного и теплового пробоя в транзисторах с очень узкой базой возникает специфический для транзисторной структуры вид пробоя, называемый эффектом смыкания. Он связан с эффектом Эрли и заключается в том, что при очень большом обратном напряжении коллекторный переход, расширяясь, заполняет всю базовую область и смыкается с эмиттерным переходом, что эквивалентно их короткому замыканию.
Назад | Содержание |
3.8. Применение биполярных транзисторов для усиления электрических сигналов
Усилительный каскад на биполярном транзисторе
Усилительный каскад должен содержать нелинейный управляющий элемент (транзистор или лампу), источник электрической энергии и вспомогательные элементы. Во входную цепь включается источник сигнала, а в выходную - нагрузка. В дальнейшем будем описывать источник сигнала в виде генератора с напряжением eГ и внутренним сопротивлением RГ, а нагрузку - резистором RН ( во многих случаях нагрузка может стоять на месте резистора RК). На рис. 3.30 приведена схема усилительного каскада с ОЭ. Полярность источника питания EК обеспечивает работу транзистора в активном режиме. Резисторы RБ и RК задают требуемые постоянные составляющие токов в цепях транзистора и постоянные напряжения на его электродах - рабочую точку транзистора. От выбора рабочей точки зависит усиление каскада, КПД, искажения сигнала. Для того, чтобы источник сигнала и нагрузка не влияли на режим работы транзистора по постоянному току, включены разделительные конденсаторы CР1 и CР2, имеющие в рабочем диапазоне частот малые сопротивления. В рассматриваемой схеме постоянные составляющие токов и напряжений определяются:
; (3.41)
IК(0)=b IБ(0) ;
UКЭ(0)= EК - IК(0)RК» ЕК - b IБ(0) RК, (3.42)
где U* £ 0,8 В - пороговое напряжение на открытом эмиттерном переходе транзистора. Тепловые токи считаются пренебрежимо малыми.
Графический расчет усилительного каскада
Будем считать, что источник сигнала по отношению к транзистору является генератором тока iГ » IГm sin w t, где IГm=EГm/RГ. Тогда полный входной ток транзистора можно считать известным
. (3.43)
Сопротивление нагрузки будем считать большим RН >> RК.
Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выходных характеристик (рис. 3.31) iК=f(iБ, uКЭ). Учитывая, что характеристика резистора RК подчиняется закону Ома, получим:
,
где ( EК - uКЭ) - падение напряжения на резисторе RК. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Ее график имеет вид прямой линии, проходящей через точку EК на оси абсцисс и через точку EК /RК, на оси ординат. Чем меньше RК, тем более круто проходит нагрузочная линия. Поскольку через транзистор и RК протекает один и тот же ток iК, то его величина и напряжение uКЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений:
. (3.44)
Эта система уравнений может быть решена графически, путем нахождения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных характеристик транзистора. Для определения параметров режима по постоянному току примем eГ =0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора IК (0) и напряжения UКЭ (0) определяются пересечением нагрузочной линии и статической характеристики транзистора, снятой при iБ =IБ (0), - см. рис. 3.31, точка А.
При подаче на вход каскада напряжения eГ ток базы будет изменяться относительно IБ (0) по синусоидальному закону с амплитудой
и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точками B и C. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой IКm около значения IК (0) и напряжение на коллекторе с амплитудой UКm около значения UКЭ (0). При этом ток коллектора iК будет находиться в фазе с током базы iБ, а выходное напряжение uКЭ в противо-фазе. ( Увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе. См. рис. 3.31). Для определения входного напряжения uБЭ необходимо воспользоваться входной характеристикой транзистора i=f(uБЭ) при uКЭ=UК(0) рис.3.32. (Строго говоря, при больших UКm может потребоваться семейство входных характеристик, снятых при различных uКЭ, но, как правило, влиянием uКЭ на входной ток можно пренебречь). Постоянному току IБ(0) соответствует постоянное напряжение UБ(0). При изменении тока базы с амплитудой IБm входное напряжение изменяется с амплитудой UБm. Обратим внимание на то, что выходное напряжение в данном каскаде (ОЭ) противофазно входному. Графические расчеты могут выполняться и без учета введенных ранее ограничений.
Основными параметрами усилительного каскада являются:
- коэффициент усиления по напряжению;
- коэффициент усиления по току;
- коэффициент усиления по мощности;
- входное сопротивление;
- выходное сопротивление,
г д е 
- выходное напряжение при RН ®¥;
- выходной ток при RН = 0;
-коэффициент полезного действия.
Малосигнальные схемы замещения транзистора
В общем случае транзистор представляет собой активный (способный преобразовывать энергию источника сигнала) нелинейный четырехполюсник (рис. 3.33,а). Его можно описать семействами характеристик - нелинейными функциями двух переменных.
. (3.45)
В зависимости от схемы включения транзистора величинам i1, i2, u1, u2 соответствуют те или иные реальные токи и напряжения.
Однако на практике часто приходится сталкиваться с задачей усиления малых сигналов. В этом случае на постоянные составляющие токов I(0) и напряжений U(0) (определяющих рабочую точку транзистора) наложены малые переменные сигналы D i(t), D u(t) или:
(3.46)
Связи между малыми приращениями линейны и определяются полными дифференциалами функций f1 и f2: 
(3.47)
Частные производные перед независимыми переменными обозначим символами h11, h12, h21, h22 и будем называть h-параметрами транзистора. (В зависимости от схемы включения в обозначения добавляется индекс, например, h11Э или h11Б или h11К). Зададим приращения токов и напряжений в виде малых гармонических колебаний. Тогда уравнения (3.47) можно записать:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 |
Основные порталы (построено редакторами)