Меню

Определить коэффициент усиления тока базы



Коэффициент усиления транзистора

Коэффициент усиления транзистора (по току, мощности или напряжению) – отношение изменения соответствующего показателя в цепи коллектора и в цепи базы.

Коэффициент усиления транзистора по току

Для схем с общей базой этот коэффициент обозначается буквой α (hfБ или h21Б), с общим эмиттером буквой β (hfЭ или h21Э).

Коэффициент усиления по току (или, как еще указывается в литературе, коэффициент передачи тока) в первом случае (α) есть отношение силы тока в коллекторе (Iк) к силе тока эмиттера (Iэ) при неизменном напряжении в части коллектор-база:

Коэффициент усиления по току во втором случае (β) – отношение величины силы тока в коллекторе (Iк) к силе тока в базе (IБ) при неизменном напряжении в переходе коллектор-эмиттер:

На показатель влияет не только входной ток, но и температура.

Коэффициент усиления транзистора по напряжению

Данный коэффициент вычисляется по формуле

где U2 — изменение напряжения на выходе, а U1 — изменение напряжения на входе.

Коэффициент усиления триода по мощности

Это величина отношения выходной мощности (P2) к мощности, подаваемой на вход триода (P1):

Коэффициент усиления транзистора по мощности можно также определить произведением коэффициента усиления по току (КI) и коэффициента усиления по напряжению (KU):

Транзистор: устройство и принцип работы

Биполярный транзистор – транзистор, использующийся для преобразования электрических сигналов, в котором для работы применяются 2 типа носителей заряда (электроны и дырки). Функция триода – регуляция потока заряженных частиц.

Часть транзистора, испускающая электроны, называется эмиттером Э. Вторая противоположная часть, которая собирает носители зарядов, – коллектором К. Между ними расположено основание или база Б. Соответственно, имеется три вывода. У биполярных триодов через прибор идут два тока – основной «большой» и управляющий «маленький».

Транзисторы с электронной проводимостью среднего слоя имеют название р-n-р транзисторы, с дырочной проводимостью – n-р-n. У первого типа транзисторов полярность включения источников обратная.

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:  По проводнику сопротивлением 5 ом течет ток 12 ампер каково напряжение между концами проводника

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

Лабораторная работа № 2 Определение коэффициента усиления транзистора по току

Лабораторные работы Электротехника Коэффициенты Лабораторные работы Лабораторное оборудование

Лабораторная работа № 2

Определение коэффициента усиления транзистора по току

Цель работы — экспериментальное построение характеристик транзистора,

определение коэффициента усиления по току, проверка формулы Эберса — Молла.

Оборудование: транзистор КТ 315, набор резисторов, резисторы 4.7 кОм и 1 кОм.

2.1. Теоретические сведения

Транзистор – полупроводниковый элемент с двумя p-n переходами и тремя выводами, который служит для усиления и переключения сигнала. Различают кремниевые и германиевые транзисторы. Они бывают n-p-n и p-n-p типа. На рис.2.1. показаны их условные обозначения и простейшие модели, отражающие структуру транзисторов.

Транзистор состоит из двух противоположно включенных p-n переходов, которые обладают одним общим n или p слоем. Вывод транзистора связанный с ним, называется базой (Б). Два других вывода называются эмиттером (Э) и коллектором (К). Диодная модель транзистора поясняет структуру включения переходов транзистора. Хотя эта схема не характеризует полностью функции транзистора, она дает возможность представить действующие в нем прямые и обратные напряжения. Обычно переход Б-Э смещен (включен) в прямом направлении, а переход Б-К – в обратном.

В зависимости от того, какой вывод транзистора для переменного сигнала является общим, различают три схемы включения транзистора: с общим эмиттером (ОЭ), общим коллектором (ОК) и общей базой (ОБ). На рис.2.2 показаны три схемы включения для транзистора типа n-p-n. Схемы для p-n-p транзистора будут аналогичными. В этих схемах направление источников напряжений и токов будут противоположными, по сравнению со схемами для n-p-n транзистора. Для любой схемы включения транзистора, как для n-p-n так и p-n-p типа, справедливо соотношение для токов IЭ = IБ + IК.

Усилительные свойства транзистора основаны на том, что малыми токами базы можно управлять относительно большими токами коллектора. При этом ток коллектора IК является кратным базовому току IБ. Их отношение — называется статическим коэффициентом усиления по току. Коэффициент усиления по току транзистора намного больше 1.

Транзистор как нелинейный элемент описывается вольтамперными характеристиками. Характеристики транзистора зависят от схемы включения. Так как схема включения транзистора с общим эмиттером встречается наиболее часто, то и рассмотрим характеристики n-p-n транзистора для этой схемы включения. Для p-n-p транзистора знаки напряжений и токов следует изменить на противоположные. Различают три характеристики транзистора:

— входная, зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер Iб(Uбэ) (Рис.2.3);

— передаточная, зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер Iк(Uбэ) (Рис2.4);

— семейство выходных характеристик, зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном значении тока баз Iк(Uкэ) (Рис.2.5).

На рисунках показаны характеристики кремниевого транзистора.

Из характеристик транзистора видно:

1) Заметный ток базы и коллектора транзистора протекает, когда напряжение база-эмиттер достигает величины примерно 0,6 В.

2) Малого изменения напряжения Uбэ относительно напряжения 0,6 В вызывает относительно большое изменение токов базы и коллектора.

3) Коллекторный ток мало изменяется после достижения Uкэ определенного значения. Напряжение, при котором характеристика имеет изгиб, называется напряжением насыщения.

Передаточная характеристика транзистора имеет вид экспоненциальной функции

где Iкот – теоретический обратный ток коллектора транзистора.

Часто транзистор можно рассматривать как линейный усилитель. Это справедливо в рабочей точке, в окрестности которой осуществляется управление малым сигналом. Рабочая точка транзистора определяется постоянными значениями напряжений база-эмиттер UбэА, коллектор-эмиттер UкэА, тока коллектора IкА. При малых изменениях напряжений нелинейные характеристики транзисторов можно заменить касательной в рабочей точке. Изменение тангенса угла наклона касательной означает изменения дифференциального параметра (параметра малого сигнала) транзистора. Напомним, что дифференциальные параметры определяют зависимости между изменениями токов и напряжений транзистора.

Для описания входной цепи транзистора как нагрузки, соединенной с входным источником напряжения, вводят дифференциальное входное сопротивление

Изменение коллекторного тока от Iк в зависимости от Uбэ характеризуется крутизной S:

Эту величину можно определить из формулы, продифференцировав (1) по Uбэ:

Зависимость коллекторного тока от напряжения Uкэ характеризуется выходным сопротивлением

Сопротивление rкэ может быть рассчитано по формуле

где UЭрли – напряжение Эрли, величина которого зависит от типа транзистора и для n-p-n транзистора равно 80 – 200 В, для p-n-p транзистора – 40 – 150 В. Для расчетов схем с n-p-n транзисторами UЭрли = 100 В.

Коллекторный ток пропорционален току базы. Отношение тока коллектора к току базы В = Iк / Iб называется статическим или интегральным коэффициентом усиления транзистора. Для многих практических случаев его можно считать постоянным. Однако в действительности его величина зависит от тока коллектора (рис.4.6).

Получить полный текст Подготовиться к ЕГЭ Найти работу Пройти курс Упражнения и тренировки для детей

Для характеристики изменения тока коллектора от изменения тока базы в рабочей точке транзистора вводят дифференциальный коэффициент усиления по току, который определяется из выражения

Во многих практических случаях статический и динамический коэффициенты усиления по току транзистора можно считать равными.

Выражая ток базы через ток коллектора в формуле (2) определения сопротивления rбэ получим формулы для расчета входного сопротивления

2.2. Задание и порядок выполнения работы

Для снятия характеристик транзистора и определения коэффициента усиления по току собрать на стенде схему, показанную на рис. 4.7.

Коэффициент усиления по току транзистора необходимо определить при различных токах базы Iб. Изменять ток базы транзистора можно с помощью магазина сопротивлений Rm. С помощью вольтметра компенсационным способом измеряются напряжения Uбэ и Uкэ.

По формуле

определяется ток базы.

Ток коллектора определяется из выражения

Результаты измерений Uбэ и Uкэ для различных значений сопротивлений Rm занести в таблицу

Источник

Расчет тока базы транзистора

Для того, чтобы правильнее понять процедуру расчета, необходимо понимать каких видов и типов бывают транзисторы и в каких режимах они могут работать.

Типы транзисторов и режимы работы

Различают два основных класса триодов (транзисторов):

1. Биполярные (управляются током на база-эмиттерном переходе, конструктивно имеют два различных перехода p-n и n-p, то есть могут быть n-p-n или p-n-p типа);

2. Униполярные или полевые (управляются напряжением на база-эмиттерном переходе, конструктивно состоят из двух однотипных переходов p-n или n-p, выделяют два типа полевых транзисторов – с изолированным затвором и с затвором из p-n-перехода).

Здесь для понимания обозначений:

  • p-n – дырочно-электронный (основной носитель – пустые места в кристаллической решетке, понимаемые под положительным зарядом),
  • n-p – электронно-дырочный переход (основной носитель – электроны).

Чтобы исключить путаницу, вводы и выводы различных классов транзисторов называются по-разному:

  • В биполярных – база, эмиттер, коллектор;
  • В полевых – исток, сток, затвор.

Так как речь идет о расчете тока базы, то далее рассмотрим режимы работы только полевых транзисторов:

1. Активный режим (напряжение эмиттер-база > 0, напряжение коллектор-база Инверсивный (обратная ситуация для активного режима, равносилен стандартной логике работы p-n-p транзисторов),

3. Насыщение (когда оба перехода эмиттер-база и база-коллектор открыты, между эмиттером и коллектором течет ток – ток насыщения),

4. Отсечка (напряжение коллектор-база Барьерный (база соединяется с коллектором, транзистор работает как диод).

Напряжения на эмиттере, базе, коллекторе

Смещение перехода база-эмиттер для типа n-р-n

Смещение перехода база-коллектор для типа n-р-n

Источник