Характеристики биполярного транзистора.
Характеристики биполярного транзистора в основном нелинейные и выражаются сложными формулами, неудобными на практике. Поэтому проще и нагляднее использовать графики зависимости параметров транзистора между собой. Так же удобнее изображать измеренные показания параметров конкретного транзистора графическим способом.
Статические характеристики биполярного транзистора c ОЭ
Статические характеристики биполярного транзистора отражают зависимость между напряжениями и токами на его входе и выходе при отсутствии нагрузки, и будут разные в зависимости от выбранного способа включения транзистора. В основном применяются характеристики транзистора со схемами включения с общей базой (ОБ) и общим эмиттером (ОЭ).
Для снятия на входе и выходе характеристик биполярного транзистора с ОЭ можно использовать схему как на рис.1. В ней при помощи потенциометров R1 и R2 подаются нужные напряжения в базовую и коллекторную цепи с определенным током.
Входные характеристики биполярного транзистора
На рис.2, для сравнения, показаны входные характеристики биполярного транзистора с ОЭ германиевого и кремневого транзисторов.
Они выражают (при
определенном напряжении между коллектором и эмиттером Uкэ) зависимость базового тока Iб от приложенного
между базой и эмиттером напряжением Uбэ.
По форме они нелинейны и похожи на графики диодов, т.к. эмиттерный переход транзистора можно представить в виде диода
включенным в прямом направлении.
Для каждого типа биполярных транзисторов при увеличении коллекторного напряжения характеристики
немного смещаются в сторону увеличения базового напряжения, но на практике это увеличение не учитывается.
Из графиков еще видно , что в схеме с ОЭ базо-эмиттерное Uбэ в германиевых транзисторах не превышает 0,4В, а в
кремниевых - 0,8В. При превышении этих входных напряжений токи могут стать недопустимо
большими, которые приведут к его пробою.
Так как входная характеристика биполярного транзистора нелинейна, значит и входное сопротивление, зависящее от напряжения на входе и
тока, тоже нелинейно.
Для примера определим Iб и Iк транзистора МП42Б с коэффициентом усиления β=50
(рис.3) в разных точках графика.
В точке А базовый Iб=0,02mA и тогда Iк равен
Iк=β•Iб=50•0.02=1mA.
Можно наоборот определить на графике по известному Iк=13mA базовое напряжение Uэб. Iб при таком
Iк равен:
Iб=Iк/β=13/50=0,26mA.
Значит Uэб=0,25В (точка В).
На этой же характеристике так же можно найти сопротивление на входе транзистора для постоянного (Iпост) переменного (Iпер)
(дифференциально динамического) токов.
Сопротивление по Iпост относится к постоянной составляющей сигнала, а по переменному Iпер - к переменной
составляющей сигнала.
Входное сопротивление по Iпост имеет существенное значение для согласования между собой транзисторных каскадов
и определяется по закону Ома:
R_=U/I.
В точке А на графике оно будет равно:
Rвх_= Uбэ/Iб = 0,1/ 0,02•10ˉ³ = 5 кОм.
Таким же образом находим сопротивление в точке Б - Rвх_= 1,6 кОм, и в точке В - Rвх_= 1 кОм.
Сопротивление по Iпер находим тоже по закону Ома, но в только в дифференциальной форме:
Rвх~= ∆U/∆I,
где ∆U и ∆I - приращения напряжения и тока возле выбранной точки.
Для примера определим сопротивление по Iпер в точке Б) (рис.4). Задаем приращения
(желтый треугольник на рисунке):
∆Uбэ = 0,225-0,175 = 0,05 В,
∆Iэ = 0,16-0,06 = 0,1 mA.
Тогда сопротивление равно:
Rвх~=0,05/0,1•10ˉ³ = 500 Ом
Аналогично вычислим Rвх~ в точке А - Rвх~= 4кОм, а в точке В - 400 Ом.
Обычно в схеме с ОЭ это сопротивление бывает в пределах от 500 Ом до 5 кОм.
Выходные характеристики биполярного транзистора
Выходные характеристики биполярного транзистора показывают зависимость коллекторного Iк от выходного напряжения Uэк при определенном базовом Iб.
На рис.5 приведено семейство выходных характеристик биполярного транзистора.
На графике видно, что выходные характеристики нелинейны, и что при увеличении Uэк от нуля до 0,4÷0,8 вольт
Iк увеличивается быстро, а затем приращение уже мало и почти не зависит от величины Uэк, а зависит от Iб.
Отсюда можно сделать вывод: в основном базовый Iб управляет коллекторным Iк.
По выходной характеристике биполярного транзистора МП42Б (рис.6) определим в точке Б коллекторный ток при
Uкэ = 5,7 В и Iб = 40 μA. Он будет равен Iк = 4,5 mA.
А для точки А ток базы при Uкэ = 5,7 В и Iк = 8 mA будет Iб = 80 μA.
Так же по выходной характеристике можно найти выходные сопротивления для Iпост и Iпер.
Сопротивление по Iпост в точке Б будет равно:
Rвых_= Uкэ/Iк = 5,7/4,5•10ˉ³ = 1,3 кОм.
Сопротивление по Iпер при приращении:
∆U = 8-3 = 5 В; ∆I = 4,5-4 = 0,5 mA
равно:
Rвых~= ∆U/∆I = 5/0,5•10ˉ³ = 10 кОм.
Оно может достигать 50 кОм.
Статические характеристики биполярного транзистора с ОБ.
Для снятия входных и выходных характеристик биполярного транзистора с ОБ используют схему как на рис7. В ней при помощи потенциометров R1 и R2 подаются нужные напряжения в базовую и коллекторную цепи с определенным током.
Входные характеристики биполярного транзистора
Входные характеристики биполярного транзистора с ОБ показывают, как зависит Iэ от напряжения между эмиттером
и базой Uэб при выбранном Uкб (рис.8) для транзисторов разной проводимости.
Сравнив с входной характеристикой биполярного транзистора с ОЭ видим, что они похожи, но и имеют различия.
Это, во-первых, при увеличении коллекторного напряжения ветви характеристик германиевых и кремниевых транзисторов
смещаются влево, Во-вторых, эммитерный Iэ в этом случае намного больше чем базовый Iб при включении с ОЭ и масштаб
измерения по оси ординат уже не в микроамперах, а в милиамперах.
По входным характеристикам биполярного транзистора с ОБ можно определить такие же параметры как и с ОЭ: зависимость Iэ от
Uэб , входные сопротивления Rвх_ и Rвх~.
По параметрам входной характеристики (рис.9) найдем сопротивления на входе в точке А:
∆Uэб= 0,225-0,175 = 0,05 В,
∆Iэ = 16- 6 = 10 mA.
Rвх_= Uбэ/Iэ = 0,2/10•10ˉ³ =20 Ом,
Rвх~= ∆Uэб/∆Iэ =0,05/10•10ˉ³ = 5 Ом.
Вывод: на входе сопротивления в схеме с ОБ на много меньше чем с ОЭ и обычно не превышают 100 Ом.
Выходные характеристики биполярного транзистора
На рис.10 показано семейство выходных характеристик биполярного МП42Б которые выражают зависимость
Iк от выходного напряжения Uбк при определенном эмиттерном токе Iэ .
Они чем то похожи на выходные характеристики с ОЭ, но имеют и большие различия.
Одним из отличий является то, что Iк протекает даже тогда, когда коллекторное напряжение равно нулю. Причина в
наличии токового источника в цепи эмиттера.
Второе отличие - выходные характеристики в схеме с ОБ почти горизонтальны, а это значит, что выходное сопротивление больше
чем при ОЭ и может достигать при Iпер до 2 МОм.
Статические характеристики прямой передачи по току биполярного транзистора
По характеристике прямой передачи транзистора по току, которая представляет собой связь между входным и выходным токами,
можно определить токовые коэффициенты усиления в схеме с ОЭ и ОБ как на рис.11
Коэффициент усиления по току с ОЭ равен:
β=∆Iк/∆Iб
где ∆Iк=2,8-2=0,8 mA;
∆Iб=30-20=10 μА.
β=0,8/10•10ˉ³= 80.
Коэффициент усиления с ОБ равен:
α=∆Iк/∆Iэ
где ∆Iк=2,8-2=0,8 mA;
∆Iэ=3-2=1 mA;
α=0,8/1=0,8.
Можно сделать вывод, что при включении биполярного транзистора с ОБ усиление по току почти не происходит.
| << Предыдущая | Cледующая >> |