Меню

Что такое статическая характеристика прямой передачи по току как ее построить



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Характеристика — прямая передача

Характеристика прямой передачи ( переходная) показывает зависимость тока коллектора от напряжения или тока базы ( для схемы с общим эмиттером) либо тока эмиттера ( для схемы с общей базой) при неизменном напряжении или токе коллектора. [1]

Характеристики прямой передачи и обратной связи употребляются редко и не всегда приводятся в справочниках. В случае необходимости их можно построить графически по входной и выходной характеристикам. [2]

Характеристика прямой передачи ( рис. 8.4 6) показывает изменение анодного тока от управляющего напряжения на сетке. Она используется при аналитическом и графическом анализе схем усиления. [3]

Характеристики прямой передачи ( рис. 8.7 6) снимаются при U & const и t / c2 const. На положение ( сдвиг) характеристик в основном влияет напряжение на экранирующей сетке и практически не влияет анодное напряжение. При изменении напряжения и — характеристики сдвигаются параллельно самим себе, как у триода. Пентоды для высоких частот имеют выходные характеристики с переменной крутизной: пологий начальный и средний с большой крутизной. Это достигается за счет изготовления управляющей сетки с переменным шагом. [4]

Характеристика прямой передачи МДП транзисторов с индуцированным каналом на своем начальном участке заметно отступает от квадратичной зависимости. [6]

Переходной характеристикой ( характеристикой прямой передачи ) называют зависимость тока коллектора от тока эмиттера при постоянном напряжении между коллектором и базой. [8]

Таким образом, входные характеристики и характеристики прямой передачи для больших сигналов располагаются выше некоторой предельной области и имеют форму экспоненты, как это показывают приведенные выше уравнения. [9]

Последнее уравнение представляет собой обобщенную запись характеристики прямой передачи функциональных узлов на основе ОУ. [10]

Но при низком положении точки покоя крутизна характеристики прямой передачи г / 2ь как видно из рис. 4.3, оказывается небольшой, усилительные свойства ухудшены, избыток коллекторного напряжения неблагоприятен с точки зрения надежности работы транзистора. Кроме того, при таком расположении точки покоя могут ( возрасти нелинейные искажения, особенно при сколько-нибудь высоком уровне сигнала. [11]

Результирующие кривые, вычерченные на основании уравнения (2.8), называются характеристиками прямой передачи , результирующие кривые, вычерченные на основании уравнения (2.7), называются характеристиками обратной передачи или характеристиками обратной связи. Характеристики передачи используются тогда, когда коллекторные и базовые характеристики дают недостаточно ясную картину работы схемы. [12]

Входное сопротивление транзистора, помимо выходных характеристик транзистора, определяет крутизну характеристики прямой передачи и усиление по мощности. Для улучшения этих параметров входное сопротивление необходимо уменьшать. Кроме сопротивления г 2 во входное сопротивление входит еще ряд составляющих: сопротивление в невыпрямляющем контакте базы, сопротивление в контакте эмиттера ( которое практически всегда достаточно мало), сопротивление тела эмиттера ( которое обычно также мало), сопротивление базовой области на участке между эмиттерным и коллекторным переходами при протекании тока в направлении, параллельном переходам Гбь и сопротивление собственно эмиттерного перехода. [13]

Как правило, ее измеряют при U3f Q и си — UСИНАС по характеристике прямой передачи . [14]

Как правило, ее измеряют при С / зи 0 и ( Уси 1 / си нас по характеристике прямой передачи . [15]

Источник

Статические характеристики биполярного транзистора

Статические характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзистора и для практических расчетов транзисторных схем. Статические характеристики устанавливают связь между постоянными входными и выходными токами и напряжениями и представляются в виде графиков.

Характеристики зависят от схем включения транзисторов. В справочниках обычно приводят типовые семейства характеристик для двух схем включения – с общим эмиттером (ОЭ) и общей базой (ОБ). Характеристики для схем с ОК неудобны для практического применения.

Под входными и выходными параметрами понимают

Параметр схема с ОБ схема с ОЭ

Выходные характеристики транзистора с общей базой показаны на рис. 2.5, а.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения Uкб.

Семейство выходных характеристик снимается при постоянных значениях тока эмиттера. При токе эмиттера равном нулю и напряжении коллектор-база Uкб в цепи коллектора протекает ток IКБ0, величина которого слабо зависит от Uкб – это основная особенность выходных характеристик с ОБ. Границей между режимом отсечки и активным режимом является характеристика, снятая при Iэ = 0. Эта характеристика представляет собой ток IКБ0, то есть обратный ток коллекторного перехода. Рабочие участки выходных характеристик для различных значений Iэ представляют собой прямые линии, идущие с очень небольшим наклоном. Действительно, для увеличения коллекторного тока надо увеличивать ток эмиттера, чтобы из эмиттера в базу инжектировалось больше носителей. Но если эмиттерный ток постоянен, то увеличение коллекторного тока при увеличении Uкб происходит главным образом за счет уменьшения толщины базы, в результате чего в базе снижается рекомбинация, следовательно, увеличивается часть тока, достигающего коллекторного перехода.

При Uкб = 0 ток остается почти таким же, как и при Uкб

При небольших положительных напряжениях Uкб ток коллектора резко уменьшается, а затем меняет свое направление и резко возрастает. Это объясняется тем, что напряжение другого знака является для коллектора прямым. Область значений Uкб>0 носит название области насыщения.

Читайте также:  Ток уставки для включения реле максимального тока к2 составляет

Входные характеристики транзистора с общей базой показаны на рис.2.5,б. Входными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общей базой называют семейство характеристик, выражающих зависимость Uэб = f(Iэ). В качестве параметра семейства характеристик используется напряжение Uкб. Вольтамперная характеристика при Uкб=0 аналогична характеристике диода в пропускном направлении: ток эмиттера экспоненциально возрастает с увеличением напряжения на эмиттере. Увеличение отрицательных значений Uкб вызывает смещение кривых к оси токов. Это смещение наиболее заметно при малых напряжения, при напряжениях порядка нескольких вольт кривые сливаются в одну. Это смещение вызвано двумя причинами. Во-первых, при повышении отрицательного напряжения коллектора уменьшается ширина базы и увеличивается градиент концентрации дырок в базе, что приводит к возрастанию тока эмиттера. Во-вторых, при повышении отрицательного напряжения Uкб увеличивается обратный ток коллектора, что приводит к увеличению результирующего напряжения на эмиттерном переходе.

Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером показаны на рис. 2.8,а.

Семейство выходных характеристик Iк = f(Uкэ) снимается при постоянных токах базы.

Это связано с тем, что из-за малого входного сопротивления транзистора источник переменного входного напряжения, имеющий, как правило, большое внутреннее сопротивление, работает в режиме источника тока. Таким образом, входной ток считается заданным, и удобнее вести расчеты с помощью выходных характеристик.

По сравнению с выходными характеристиками транзистора в схеме с общей базой они имеют больший наклон. Это объясняется более сильной зависимостью коэффициента передачи тока базы от напряжения Uкэ. Первая характеристика при Iб = 0 напоминает кривую обратного тока полупроводникового диода. Она соответствует условию разомкнутой цепи базы, при котором в цепи коллектора протекает ток IКЭ. Ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора при постоянном токе базы возрастает при увеличении Uкэ.

В области режима насыщения вольтамперные характеристики сливаются в одну линию. Начальные участки выходных характеристик сходятся в начало координат, так как при Uкэ=0 разность потенциалов на коллекторном переходе равна нулю, а следовательно, равен нулю и ток коллектора. Формально границей раздела активного режима и режима насыщения является условие uкэ = ибэ. Это напряжение для кремниевых транзисторов составляет около 0,7 В. Пока прямое напряжение ик.п.= ибэ— uкэ невелико, ток коллектора несущественно отличается от тока в активном режиме. Резкое уменьшение тока коллектора наступает при uкэ = 0,1В. В справочниках это напряжение обозначается uкэ.нас.

Входные характеристики транзистора с общим эмиттером приведены на рис.2.8,б. Они представляют собой зависимость при неизменном напряжении Uкэ. Взаимное расположение входных характеристик, как и в схеме с общей базой зависит от напряжения коллектора. Однако входные характеристики в схеме с ОЭ, снятые при больших значениях напряжения Uкэ, располагаются дальше от оси токов, чем характеристики при меньших значениях Uкэ. При Uкэ =0 входная характеристика подобна характеристике прямого тока полупроводникового диода. При Uкэ >0 характеристика сдвигается вправо, ток базы уменьшается и при малых значениях Uбэ становится отрицательным. Влияние напряжения Uкэ на величину входного тока практически прекращается при напряжениях, больших 0,1…0.2 В.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Порядок выполнения работы

Общие сведения о биполярных транзисторах

Описание лабораторной установки

В комплект лабораторной установки входят следующие модули: «Транзистор», «Функциональный генератор», «Миллиамперметры», «Модуль мультиметров», «Модуль измерительный». Для наблюдения осциллограмм используется двухканальный осциллограф.

Рисунок – Схема для исследования транзисторов

Передняя панель модуля «Транзисторы» представлена на рисунке. На ней приведена мнемосхема и установлены коммутирующие и регулирующие элементы. На мнемосхеме изображены: биполярный транзистор VT1, полевой транзистор VT2, потенциометр RP1 для изменения напряжения, подаваемого на базу, токоограничивающий резистор R1, резистор нагрузки R2, сопротивление которого изменяется переключателем SA1. Величины сопротивлений, соответствующие положениям переключателя приведены в табл.1.

№ позиции
Сопротивление, кОм 1,2 1,5 1,8 2,2

Величина постоянного напряжения, подаваемого на коллектор, регулируется потенциометром RP2. Переключатель SA2 предназначен для включения переменного или постоянного напряжения. Для подачи на коллектор только положительных полуволн переменного напряжения служит диод VD. Ток в этой цепи ограничивает резистор R3. Резистор имитирует внутреннее сопротивление источника входного сигнала. Конденсатор С исключает влияние внутреннего сопротивления источника входного сигнала на положение рабочей точки покоя. Шунт = 50 Ом служит для осциллографирования сигнала пропорционального току через транзистор. На передней панели размещены также гнезда для осуществления внешних соединений (Х1 — Х16).

Основные параметры исследуемого транзистора приведены в табл.2.

Тип транзистора ВС639
Максимально допустимый ток коллектора, , А 0,5
Максимально допустимое напряжение коллектор-эмиттер, , В
Максимальная рассеиваемая мощность на коллекторе, , Вт 0,63
Статический коэффициент передачи тока, 40…160
Максимальное напряжение эмиттер-база, , В

Основными характеристиками биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, являются:

статическая характеристика прямой передачи по току:

при const,

статическая выходная характеристика:

Читайте также:  Сила тока напряжение сопротивление основные понятия

при const,

статическая входная характеристика

Порядок выполнения работы

3.1. Экспериментальное исследование биполярного транзистора

3.1.1. Ознакомиться с лабораторным модулем для исследования транзисторов. Собрать схему для снятия характеристик биполярного транзистора (рисунок).Между гнездами Х2 и Х6 включить миллиамперметр на пределе измерения 100 мкА и соединить перемычкой гнезда Х9 — Х11. Между гнездами Х1 – Х4 включить второй миллиамперметр на пределе измерения 10 мА. Соединить перемычкой гнезда Х3 – Х7. Между гнездами Х2 – Х5 и Х4- Х16 включить мультиметры в режиме измерения постоянного напряжения. Тумблер SA2 установить в нижнее положение.

3.1.2. Экспериментальное исследование характеристик биполярного транзистора.

3.1.2.1. Снять статическую характеристику прямой передачи по току при равным заданному значению и . Для этого дополнительно поставить перемычку между гнездами Х1-Х3. Включить «Модуль питания», включить тумблер «Питание» на модуле «Транзисторы». Экспериментальные результаты записать в табл.3. При снятии характеристики следить за постоянством напряжения . = = 11 В

, мкА
, мА

3.1.2.2. Снять характеристику прямой передачи по току при наличии нагрузки. Убрать перемычку между гнездами Х1-Х3. С помощью переключателя SA1 установить заданное значение резистора R2. С помощью потенциометра RP1 установить ток базы, равный нулю, а с помощью потенциометра RP2 установить заданное значение . В дальнейшем ручку регулятора RP2 не трогать. В области вблизи насыщения точки снимать чаще. Экспериментальные результаты записать в табл.4. Выключить тумблер «Питание». Построить экспериментальные характеристики.

, мкА
, мА

3.1.2.3. По построенной в п. 3.1. 2.2 характеристике определить области активного усиления, отсечки и насыщения. Определить максимальный ток при котором еще обеспечивается линейное усиление.

3.1.2.4. Снять выходные статические характеристики транзистора при const. Для этого дополнительно установите перемычку Х1-Х3. Включить питание модуля. Установить потенциометром RP1 . Изменяя напряжение с помощью потенциометра RP2 снять выходные характеристики. Экспериментальные данные занести в табл.5. Повторить измерения еще для двух значений тока базы: и и зарисовать на одном графике выходные характеристики для трех значений тока базы:

; ; .

, В
, мкА

Содержание отчета

Контрольные вопросы.

1. Как работает биполярный транзистор?

2. Какие существуют схемы включения биполярного транзистора?

3. Каковы требования к входному и выходному сопротивлениям усилителей в схемах включения с общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК)?

4. Какова полярность постоянных напряжений, прикладываемых к транзистору n-p-n типа при различных схемах включения?

5. Как выглядят входные и выходные статические характеристики в схеме с общим эмиттером?

6. Что такое статическая характеристика прямой передачи по току? Как ее построить? Как она изменяется при наличии нагрузки? Как ее снять?

7. Как снять статические выходные характеристики?

8. Нарисуйте схему усилительного каскада с общим эмиттером и постройте его временные диаграммы.

9. Что такое рабочая точка покоя и как ее выбрать? Что такое область активного усиления, насыщения, отсечки?

10. Что такое ключевой режим работы транзистора, каковы его особенности?

Источник

Основные параметры и характеристики биполярного транзистора.

Продолжаем разбирать все, что связано с транзисторами и сегодня у нас на очереди одна из наиболее часто используемых схем включения. А именно схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ)! Кроме того, на базе этой схемы мы рассмотрим основные параметры и характеристики биполярного транзистора. Тема важная и интересная, так что без лишних слов переходим к делу!

Название этой схемы во многом объясняет ее основную идею. Поскольку схема с общим эмиттером, то, собственно, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Вот как выглядит схема с ОЭ для n-p-n транзистора:

Схема с ОЭ для n-p-n транзистора.

А вот так – для p-n-p:

Схема с общим эмиттером.

Давайте снова разбирать все процессы для случая с использованием n-p-n транзистора. Для p-n-p суть остается той же, меняется только полярность.

Входными величинами являются напряжение база-эмиттер ( U_ <бэ>) и ток базы ( I_ <б>), а выходными – напряжение коллектор-эмиттер ( U_ <кэ>) и ток коллектора ( I_ <к>). Обратите внимание, что в этих схемах у нас отсутствует нагрузка в цепи коллектора, поэтому все характеристики, которые мы далее рассмотрим носят название статических. Другими словами статические характеристики транзистора – это зависимости между напряжениями и токами на входе и выходе при отсутствии нагрузки.

Характеристики биполярного транзистора.

Выделяют несколько основных характеристик транзистора, которые позволяют понять, как он работает, и как его использовать для решения задач.

И первая на очереди – входная характеристика, которая представляет из себя зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при определенном значении напряжения коллектор-эмиттер:

В документации на конкретный транзистор обычно указывают семейство входных характеристик (для разных значений U_ <кэ>):

Входные характеристики биполярного транзистора.

Входная характеристика, в целом, очень похожа на прямую ветвь ВАХ диода. При U_ <кэ>= 0 характеристика соответствует зависимости тока от напряжения для двух p-n переходов включенных параллельно (и смещенных в прямом направлении). При увеличении U_ <кэ>ветвь будет смещаться вправо.

Переходим ко второй крайне важной характеристике биполярного транзистора – выходной! Выходная характеристика – это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы.

Читайте также:  Ток в симметричном полуволновом вибраторе

Для нее также указывается семейство характеристик для разных значений тока базы:

Выходные характеристики биполярного транзистора.

Видим, что при небольших значениях U_ <кэ>коллекторный ток увеличивается очень быстро, а при дальнейшем увеличении напряжения – изменение тока очень мало и фактически не зависит от U_ <кэ>(зато пропорционально току базы). Эти участки соответствуют разным режимам работы транзистора.

Для наглядности можно изобразить эти режимы на семействе выходных характеристик:

Режимы работы биполярного транзистора.

Участок 1 соответствует активному режиму работы транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. Как вы помните, в данном режиме незначительный ток базы управляет током коллектора, имеющим бОльшую величину.

Для управления током базы мы увеличиваем напряжение U_ <бэ>, что в соответствии со входными характеристиками приводит к увеличению тока базы. А это уже в соответствии с выходной характеристикой в активном режиме приводит к росту тока коллектора. Все взаимосвязано 🙂

Небольшое дополнение. На этом участке выходной характеристики ток коллектора все-таки незначительно зависит от напряжения U_ <кэ>(возрастает с увеличением напряжения). Это связано с процессами, протекающими в биполярном транзисторе. А именно – при росте напряжения на коллекторном переходе его область расширяется, а соответственно, толщина слоя базы уменьшается. Чем меньше толщина базы, тем меньше вероятность рекомбинации носителей в ней. А это, в свою очередь, приводит к тому, что коэффициент передачи тока \beta , несколько увеличивается. Это и приводит к увеличению тока коллектора, ведь:

На участке 2 транзистор находится в режиме насыщения. При уменьшении U_ <кэ>уменьшается и напряжение на коллекторном переходе U_ <кб>. И при определенном значении U_ <кэ>= U_ <кэ \medspace нас>напряжение на коллекторном переходе меняет знак и переход оказывается смещенным в прямом направлении. То есть в активном режиме у нас была такая картина – эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. В режиме же насыщения оба перехода смещены в прямом направлении.

В этом режиме основные носители заряда начинают двигаться из коллектора в базу – навстречу носителям заряда, которые двигаются из эмиттера в коллектор. Поэтому при дальнейшем уменьшении U_ <кэ>ток коллектора уменьшается. Кроме того, в режиме насыщения транзистор теряет свои усилительные свойства, поскольку ток коллектора перестает зависеть от тока базы.

Режим насыщения часто используется в схемах ключей на транзисторе. В одной из следующих статей мы как раз займемся практическими расчетами реальных схем и там используем рассмотренные сегодня характеристики биполярного транзистора!

И, наконец, область 3, лежащая ниже кривой, соответствующей I_ <б>= 0 . Оба перехода смещены в обратном направлении, протекание тока через транзистор прекращается. Это так называемый режим отсечки.

Все параметры транзисторов довольно-таки сильно зависят как друг от друга, так и от температуры, поэтому в документации приводятся характеристики для разных значений. Вот, например, зависимость коэффициента усиления по току (в зарубежной документации обозначается как h_ ) от тока коллектора для биполярного транзистора BC847:

Как видите, коэффициент усиления не просто зависит от тока коллектора, но и от температуры окружающей среды! Разным значениям температуры соответствуют разные кривые.

Основные параметры биполярных транзисторов.

Давайте теперь рассмотрим, какие существуют параметры биполярных транзисторов, и какие предельные значения они могут принимать.

I_ <КБО>( I_ ) – обратный ток коллектора – ток через коллекторный переход при определенном обратном напряжении на переходе коллектор-база и разомкнутой цепи эмиттера.
I_ <ЭБО>( I_ ) – обратный ток эмиттера – ток через эмиттерный переход при определенном обратном напряжении на переходе эмиттер-база и разомкнутом выводе коллектора.
I_ <КЭО>( I_ ) – аналогично, обратный ток коллектор-эмиттер – ток в цепи коллектор-эмиттер при определенном обратном напряжении коллектор-эмиттер и разомкнутом выводе базы.
U_ <БЭ>( V_ ) – напряжение на переходе база-эмиттер при определенном напряжении коллектор-эмиттер и токе коллектора.
U_ <КБ \medspace проб>( V_ <(BR) CBO>) – напряжение пробоя перехода коллектор-база при определенном обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера. Например, для все того же BC847:

Параметры транзистора.

U_ <ЭБ \medspace проб>( V_ <(BR) EBO>) – напряжение пробоя эмиттер-база при определенном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора.
U_ <КЭ \medspace проб>( V_ <(BR) CES>) – напряжение пробоя коллектор-эмиттер при определенном прямом токе коллектора и разомкнутой цепи базы.
Напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер – U_ <КЭ \medspace нас>( V_ ) и U_ <БЭ \medspace нас>( V_ ).
Конечно же, важнейший параметр – статический коэффициент передачи по току для схемы с общим эмиттером – h_ <21э>( h_ ). Для этого параметра обычно приводится диапазон возможных значений, то есть минимальное и максимальное значения.
f_ <гр>( f_ ) – граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером. При использовании сигнала более высокой частоты транзистор не может быть использован в качестве усилительного элемента.
И еще один параметр, который следует отнести к важнейшим – I_ <К>( I_ ) – максимально допустимый постоянный ток коллектора.

И на этом заканчиваем нашу сегодняшнюю статью, большое спасибо за внимание! Подписывайтесь на обновления и не пропустите новые статьи 🙂

Источник