Элементы квантовой механики (стр. 6 из 12)

Сопротивление БЭ – мало (20 30 Ом), а через него протекает практически такой же ток, как и IК. Однако, мощность, выделяемая в цепи эмиттера, намного меньше, чем мощность Rн. Это свидетельствует о том, что транзистор является усилителем мощности. Фактически, усиление в Т получается за счёт модуляции сопротивления коллекторного p-n перехода.

Т в цифровых схемах часто работает не в вышеуказанном режиме, а в режиме насыщения (более правильным будет название – режима двойной инжекции – как со стороны эмиттера, так и со стороны коллектора). Такой режим возможен, если оба перехода – ЭБ и КБ будут смещены в прямом направлении. Тогда К, (также как и Э) инжектирует е в базу, а собирает их эмиттер. Электроны, инжектируемые Э – собирает К. Из положения транзистора видно, что он является симметричным прибором, т.е. коллектор и эмиттер в принципе можно менять местами.

Такое включение Т называется инверсным включением. Однако на практике оно использу ется редко, т.к. параметры такой схемы хуже, чем ранее рассмотренной (концентрация n2<<n1, а следовательно е составляющего тока < , площадь К < площади Э).

Если оба перехода смещены в обратном ( непроводящем) направлении, то инжекция носителей в Б отсутствует, через переходы протекают обратные токи.

Такой режим называют режимом отсечки.

СИСТЕМЫ ПАРАМЕТРОВ ТРАНЗИСТОРОВ

При расчёте схем удобно представлять Т в виде «чёрного ящика» - четырёхполюсника.

I1 I2

 

U1   U2

Все величины взаимосвязаны и эта связь определяется статистическими параметрами четырёхполюсника (транзистора). Если известны 2 величины, то недостающие 2 можно определить по статическим характеристикам. Всего можно написать 6 зависимостей между входными и выходными величинами, но на практике находят применение 3 из них

1 = 1(I1,I2) 2= 2(I1,I2)

I1 = 1(U1U2) I2 = 2(U1U2)

U1 = 1(I12) I2 = 2(I1U2)

Рассматривая зависимости в области малых сигналов (приращений), и раскладывая их в ряд Тейлора, можно получить 3 системы параметров: Z – параметры, Y – параметры и h – параметры. Имея одну систему параметров аналитическим путём несложно получить другие.

На практике Z – параметры (такая система называется системой полных сопротивлений) и Y – параметры (система полных проводимостей), ввиду трудности их экспериментального определения, используются редко. Чаще используются гибридные h – параметры. В этом случае четырёхполюсник описывается системой уравнений:

1= h11i1 + h122

i2 = h21i1 + h222, где

1,2, i1, i2 – малые изменения (приращения) входных и выходных величин 4-х полюсника.

h11 = 1/i1|2 = 0 – входное сопротивление транзистора при короткозамыкающем

выходе

h12 1/2|i1 = 0 – коэффициент обратной связи по напряжению при холостом входе

во входной детектор

h21 i2/i1|2 = 0 – коэффициент передачи тока при КБ выходе

h22 i2/2|i1 = 0 – выходная проводимость при входе во входную цепь

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРАНЗИСТОРА

СХЕМА ЗАМЕЩЕНИЯ

h, Y и Z параметры используются при расчётах электронных схем, однако, они плохо поясняют физические процессы, протекающие в транзисторе. Для этого используются физические модели или по-другому эквивалентные схемы (схемы замещения). Таких моделей м.б. несколько. На практике широкое применение получила модель Эберса – Молла (Молла – Эберса).

 К

Iк

rk

Uбк 1

I2 h21БI1

rб

Б

IбI1

h21БiI2

2

Uбэ Iэ

rэ

I1 = (Uбэ)

I2 = (Uбк)

Э

В некоторых не учитываются резисторы rэ,rk,rб, отражающие наличие пассивных областей транзистора. Рисунок отражает полную эквивалентную схему транзистора в режиме двойной инжекции. Ток, инжектируемый из Э в Б, обозначен I1, ток, инжектируемый из К в Б, обозначен I2. Инжектируемый эмиттером ток I1 собирается коллектором. Он представлен на схеме генератором тока h21БI1, где h21Б – коеффициент передачи тока I1 в область коллектора (всегда >1, т.к. носители частично рекомбинируются в области базы). [Источник тока имеет rвн и генерирует фиксированное (стабильное) значение тока в нагрузку, независимо от величины Rн].

Инжектируемые коллектором ток I2 собирается эмиттером (на схеме – источник тока h21БiI2), где h21Бi – коэффициент передачи I2 в область эмиттера. h21Бi <h21Б.

Эквивалентные схемы, отображающие работу транзистора в других режимах, будут отличаться от приведённой. Например, если отсутствует режим насыщения, то в эмиттерной области будет отсутствовать источник h21БiI2.

Согласно 1-му закону Кирхгофа можно записать:

Iэ =I1 -h21БiI2 (1)

Iк =h21БI1 -I2

Известно, что ВАХ p-n перехода описывается экспоненциальной зависимостью (см. электронно – дырочный переход). Тогда:

I1 = I`эо(e (Uбэ/т)  

I2 = I`ко(e (Uбк/т) - 1)

Подставляя (2) в (1), получаем аналитическое описание ВАХ транзистора:

Iэ = I`эо(e (Uбэ/т) -h21БiI`ко(e (Uбк/т) - 1) (3)

Iк =h21б I`эо(e (Uбэ/т)I`ко(e (Uбк/т) - 1)

Из схемы можно записать значение Iб:

Iб = Iэ – Iк (4)

Подставив (3) в (4) получим:

Iб = (1- h21б) I`эо(e (Uбэ/т)(1- h21бi) I`ко(e (Uбк/т) - 1) (5)

Уравнения 3,4,5 называются уравнениями Эберса – Молла. В зависимостях I`эо и I`ко – тепловые, а не обратные токи переходов.

I`ко = Iко/(1 - h21бh21бi); I`эо = Iэо/(1 - h21бh21бi)

В приведённых зависимостях все напряжения мы задавали относительно базы. Такая схема включения Т называется схемой с ОБ (схема а)). Такое включение в схемотехнике используется только для реализации источников тока и встречается редко. (малое Rbx, Ki<1). Наиболее широкое распространение получила схема с ОЭ (схема b)).