Схема, принцип работы, характеристики биполярных транзисторов

Особенности устройства биполярного транзистора

Биполярный транзистор включает в себя три области:

• эмиттер;
• базу – очень тонкую, которая изготавливается из слаболегированного полупроводника, сопротивление этой области высокое;
• коллектор – его область больше по размерам, чем область эмиттера.

К каждой области припаяны металлоконтакты, служащие для подсоединения прибора в электроцепь.

Электропроводность коллектора и эмиттера одинакова и противоположна электропроводности базы. В соответствии с видом проводимости областей, различают p-n-p или n-p-n приборы. Устройства являются несимметричными из-за разницы в площади контакта – между эмиттером и базой она значительно ниже, чем между базой и коллектором. Поэтому К и Э поменять местами путем смены полярности невозможно.

ВРемонт.su — ремонт фото видео аппаратуры, бытовой техники, обзор и анализ рынка сферы услуг

Принцип работы биполярного транзистора

Этот тип транзистора имеет два перехода:

• электронно-дырочный между эмиттером и базой – эмиттерный;
• между коллектором и базой – коллекторный.

Дистанция между переходами маленькая. Для высокочастотных деталей она составляет менее 10 мкм, для низкочастотных – до 50 мкм. Для активации прибора на него подают напряжение от стороннего ИП. Принцип действия биполярных транзисторов с p-n-p и n-p-n переходами одинаков. Переходы могут функционировать в прямом и обратном направлениях, что определяется полярностью подаваемого напряжения.

Режимы работы биполярных транзисторов

Режим отсечки

Переходы закрыты, прибор не работает. Этот режим получают при обратном подключении к внешним источникам. Через оба перехода протекают обратные малые коллекторные и эмиттерные токи. Часто считается, что прибор в этом режиме разрывает цепь.

Активный инверсный режим

Является промежуточным. Переход Б-К открыт, а эмиттер-база – закрыт. Ток базы в этом случае значительно меньше токов Э и К. Усиливающие характеристики биполярного транзистора в этом случае отсутствуют. Этот режим востребован мало.

Режим насыщения

Прибор полностью открыт. Оба перехода подключаются к источникам тока в прямом направлении. При этом снижается потенциальный барьер, ограничивающий проникновение носителей заряда. Через эмиттер и коллектор начинают проходить токи, которые называют «токами насыщения».

Принцип действия транзистора

В активном режиме работы, транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении. Для определённости рассмотрим npn транзистор, все рассуждения повторяются абсолютно аналогично для случая pnp транзистора, с заменой слова «электроны» на «дырки», и наоборот, а также с заменой всех напряжений на противоположные по знаку.

В npn транзисторе электроны, основные носители тока в эмиттере проходят через открытый переход эмиттер-база в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками), часть диффундирует обратно в эмиттер.

Однако, из-за того что базу делают очень тонкой и очень слабо легированной, большая часть электронов, инжектированная из эмиттера диффундирует в область коллектора. Сильное электрическое поле обратно смещённого коллекторного перехода захватывает электроны (напомним, что они неосновные носители в базе, поэтому для них переход открыт), и проносит их в коллектор. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб+Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк=α Iэ) называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α 0.9 — 0.999, чем больше коэффициент, тем лучше транзистор. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер.

В широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β=α/(1-α)=(10-1000). Т.о. изменяя малый ток базы можно управлять значительно большим током коллектора.

Биполярный транзистор – электропреобразовательный полупроводниковый прибор с одним или несколькими электрическими переходами, предназначенный для усиления, преобразования и генерации электрических сигналов. Вся конструкция выполняется на пластине кремния, либо германия, либо другого полупроводника, в которой созданы три области с различными типами электропроводности.

Будет интересно➡ SMD транзисторы

Средняя область называется базой, одна из крайних областей – эмиттером, другая – коллектором. Соответственно в транзисторе два p-n-перехода: эмиттерный – между базой и эмиттером и коллекторный – между базой и коллектором.

Область базы должна быть очень тонкой, гораздо тоньше эмиттерной и коллекторной областей (на рисунке это показано непропорционально). От этого зависит условие хорошей работы транзистора. Транзистор работает в трех режимах в зависимости от напряжения на его переходах.

При работе в активном режиме на эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном – обратное. В режиме отсечки на оба перехода подано обратное напряжение. Если на эти переходы подать прямое напряжение, то транзистор будет работать в режиме насыщения.

Типы биполярных транзисторов.

Схемы включения биполярных транзисторов

В зависимости от контакта, на который подается источник питания, различают 3 схемы включения приборов.

С общим эмиттером

Эта схема включения биполярных транзисторов обеспечивает наибольшее увеличение вольтамперных характеристик (ВАХ), поэтому является самой востребованной. Минус такого варианта – ухудшение усилительных свойств прибора при повышении частоты и температуры. Это означает, что для высокочастотных транзисторов рекомендуется подобрать другую схему.

С общей базой

Применяется для работы на высоких частотах. Уровень шумов снижен, усиление не очень велико. Каскады приборов, собранные по такой схеме, востребованы в антенных усилителях. Недостаток варианта – необходимость в двух источниках питания.

С общим коллектором

Для такого варианта характерна передача входного сигнала обратно на вход, что существенно уменьшает его уровень. Коэффициент усиления по току – высокий, по напряжению – небольшой, что является минусом этого способа. Схема приемлема для каскадов приборов в случаях, если источник входного сигнала обладает высоким входным сопротивлением.

Физические процессы

Возьмем транзистор типа n-p-n в режиме без нагрузки, когда подключены только два источника постоянных питающих напряжений E1 и E2. На эмиттерном переходе напряжение прямое, на коллекторном – обратное. Соответственно, сопротивление эмиттерного перехода мало и для получения нормального тока достаточно напряжения E1 в десятые доли вольта. Сопротивление коллекторного перехода велико и напряжение E2 составляет обычно десятки вольт.

Соответственно, как и раньше, темные маленькие кружки со стрелками – электроны, красные – дырки, большие кружки – положительно и отрицательно заряженные атомы доноров и акцепторов. Вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода представляет собой характеристику полупроводникового диода при прямом токе, а вольт-амперная характеристика коллекторного перехода подобна ВАХ диода при обратном токе.

Принцип работы транзистора заключается в следующем. Прямое напряжение эмиттерного перехода uб-э влияет на токи эмиттера и коллектора и чем оно выше, тем эти токи больше. Изменения тока коллектора при этом лишь незначительно меньше изменений тока эмиттера. Получается, что напряжение на переходе база-эмиттер, т. е. входное напряжение, управляет током коллектора. На этом явлении основано усиление электрических колебаний с помощью транзистора. Основные биполярные транзисторы приведены в таблице ниже.

Таблица характеристик биполярных транзисторов.

При увеличении прямого входного напряжения uб-э понижается потенциальный барьер в эмиттерном переходе и, соответственно, возрастает ток через этот переход iэ. Электроны этого тока инжектируются из эмиттера в базу и благодаря диффузии проникают сквозь базу в коллекторный переход, увеличивая ток коллектора.Поскольку коллекторный переход работает при обратном напряжении, то в этом переходе возникают объемные заряды (на рисунке большие кружки). Между ними возникает электрическое поле, которое способствует продвижению (экстракции) через коллекторный переход электронов, пришедших сюда из эмиттера, т. е. втягивают электроны в область коллекторного перехода.

Схема работы и устройства биполярного транзистора.

Если толщина базы достаточно мала и концентрация дырок в ней невелика, то большинство электронов, пройдя через базу, не успевает рекомбинировать с дырками базы и достигает коллекторного перехода. Лишь небольшая часть электронов рекомбинирует в базе с дырками. В результате этого возникает ток базы.

Ток база является бесполезным и даже вредным. Желательно, чтобы он был как можно меньше. Именно поэтому базовую область делают очень тонкой и уменьшают в ней концентрацию дырок. Тогда меньшее число электронов будет рекомбинировать с дырками и, повторюсь, ток базы будет незначительным.

Когда к эмиттерному переходу не приложено напряжение, можно считать, что в этом переходе тока нет. Тогда область коллекторного перехода имеет значительное сопротивление постоянному току, поскольку основные носители зарядов удаляются от этого перехода и по обе границы создаются области, обедненные этими носителями. Через коллекторный переход протекает очень небольшой обратный ток, вызванный перемещением навстречу друг другу неосновных носителей.

Будет интересно➡ Что такое NTC термисторы

Если же под действием входного напряжения возникает значительный ток эмиттера, то в базу со стороны эмиттера инжектируются электроны, для данной области являющиеся неосновными носителями. Они доходят до коллекторного перехода не успевая рекомбинировать с дырками при прохождении через базу.

Чем больше ток эмиттера, тем больше электронов приходит к коллектору, тем меньше становится его сопротивление, следовательно, ток коллектора увеличивается. Аналогичные явления происходят в транзисторе типа p-n-p, надо только местами поменять электроны и дырки, а также полярность источников E1 и E2.

Как устроен транзистор.

Помимо рассмотренных процессов существует еще ряд явлений. Рассмотрим модуляцию толщины базы.При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение заряда, обусловленное в основном ударной ионизацией.

Это явление и туннельный эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой. Все происходит также, как у диодов, но в транзисторе при чрезмерном коллекторном токе тепловой пробой может наступить без предварительного электрического пробоя.

Тепловой пробой может наступить без повышения коллекторного напряжения до пробивного. При изменении напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах изменяется их толщина, в результате чего изменяется толщина базы.

Особенно важно учитывать напряжение коллектор-база, поскольку при этом толщина коллектора возрастает, толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может возникнуть эффект смыкания (так называемый “прокол” базы) – соединение коллекторного перехода с эмиттерным. При этом область базы исчезает и транзистор перестает нормально работать.

При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей заряда в базе, т. е. увеличение концентрации и суммарного заряда этих носителей. А вот при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда этих самых носителей в базе и сей процесс обозвали рассасыванием неосновных носителей зарядов в базе.

И напоследок одно правило: при эксплуатации транзисторов запрещается разрывать цепь базы, если не включено питание цепи коллектора. Надо также включать питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот.

Схема устройства транзистора.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, состоящий из трех чередующихся областей полупроводника с различным типом проводимости (р-п-р или п-р-п) с выводом от каждой области. Рассмотрим работу транзистора n-р-n-типа. Чередующиеся области образуют два р-п-перехода база–эмиттер (БЭ) и база–коллектор (БК).

К переходу БЭ прикладывают прямое напряжение EБЭ, под действием которого электроны n-области эмиттера устремляются в базу, создавая ток эмиттера. Концентрацию примесей в эмиттере делают во много раз больше, чем в базе, а саму базу по возможности тоньше. Поэтому лишь незначительная часть (1–5%) испущенных эмиттером электронов рекомбинирует с дырками базы.

Большая же часть электронов, миновав узкую (доли микрона) область базы, “собирается” коллекторным напряжением Ек, представляющим обратное напряжение для перехода БК, и, устремляясь к плюсу внешнего источника Eк, создает коллекторный ток, протекающий по нагрузке Rн. Электроны, рекомбинировавшие с дырками базы, составляют ток базы IБ.

Ток коллектора, таким образом, определяется током эмиттера за вычетом тока базы. Аналогично работает транзистор р-n-р-типа, отличаясь лишь тем, что его эмиттер испускает в базу не электроны, а дырки, поэтому полярности прикладываемых к нему прямого UЭБ и обратного Ек напряжений должны быть противоположны транзистору п-р-п-типа.

Важное по теме. Как прозвонить транзистор.

На условном обозначении транзисторов стрелка ставится на эмиттере и направлена всегда от р-области к n-области. На рис. 1.8, б приведено условное обозначение транзистора п-р-п, а на рис. 1.9, б – р-п-р. Кружок вокруг транзистора означает, что транзистор изготовлен в самостоятельном корпусе, а отсутствие кружка – что транзистор выполнен заодно с другими элементами на пластинке полупроводника интегральной микросхемы.

Будет интересно➡ Что такое транзистор

Стрелку эмиттера удобно рассматривать как указатель полярности прямого напряжения, приложенного между базой и эмиттером, которое “открывает” (подобно выпрямительному диоду) транзистор. При использовании транзистора в электронных устройствах нужны два вывода для входного сигнала и два – для выходного.

Так как у транзистора всего лишь три вывода, один из них должен быть общим, принадлежащим одновременно и к входной, и к выходной цепи. Возможны три варианта схем включения транзисторов – с общей базой, общим эмиттером и с общим коллектором.

Переход в биполярном транзисторе.

Схема с общей базой

Схема включения транзистора с общей базой (ОБ) показана на рис. 1.10. Входным сигналом для схемы с ОБ является напряжение, поданное между эмиттером и базой UBX = = UЭБ; выходным – напряжение, выделяемое на нагрузке Uвых = IкRн; входным током – ток эмиттера Iвх = IЭ; выходным током – ток коллектора Iвых = Iк.

Входное напряжение UЭБ является управляющим для транзистора, поэтому небольшое его изменение (па доли вольт) приводит к изменению тока эмиттера в очень широких пределах – практически от нуля до максимального. Максимальный ток определяется назначением транзистора (маломощные, средней мощности и большой мощности) и соответствующей конструкцией.

Так как напряжение UΚБ является обратным, величина напряжения внешнего источника Ек может в десятки раз превышать значение напряжения UЭБ. Падение напряжения, выделяемого на нагрузке, будет тем больше, чем больше ток коллектора, при этом на самом транзисторе будет падать лишь небольшое напряжение UКБ, которое будет тем меньше, чем больше ток коллектора.

Таким образом, изменение на доли вольт входного напряжения приводит к изменению напряжения на нагрузке, чуть меньшего, чем напряжение Ек. Это положение определяет усилительные свойства транзистора.

Для оценки работы транзистора и его усилительных свойств в различных схемах включения рассматривают приращения входных и вызванные ими приращения выходных величин. Рассматривая транзистор как усилитель, принято характеризовать его свойства коэффициентами усиления и значением входного сопротивления. Различают три вида коэффициентов усиления:

• • коэффициент усиления по току КI = ΔIвых /ΔIвх;
• • коэффициент усиления по напряжению КU = ΔUвых/ΔUвх;
• • коэффициент усиления по мощности КР = КI • КU.

Отношение изменения входного напряжения к изменению входного тока: Rвх = ΔUвх/ΔIвх. Входное сопротивление любого усилителя приводит к искажению входного сигнала. Любой реальный источник сигнала обладает некоторым внутренним сопротивлением, и при подключении его к усилителю образуется делитель напряжения, состоящий из внутреннего сопротивления источника и входного сопротивления усилителя.

Поэтому чем выше входное сопротивление усилителя, тем большая часть сигнала будет выделяться на этом сопротивлении и усиливаться и тем меньшая его часть будет падать на внутреннем сопротивлении самого источника. Таким образом, КРБ тоже определяется соотношением сопротивлений. Так как коэффициент усиления схемы с ОБ по току КIБ оказывается меньше единицы, она применения не нашла.

Размеры биполярного транзистора.

Между простой переключающей схемой и линейным усилителем на транзисторе имеется очевидное различие. В нормально работающем линейном усилителе коллекторный ток всегда прямо пропорционален базовому току. В переключающей схеме, такой как на рис. 1., коллекторный ток определяется, главным образом, напряжением питания VCC и сопротивлением нагрузки RL. Режим насыщения транзистора является достаточно важным и заслуживает подробного обсуждения. Рис. 1. Иллюстрация режима насыщения. Транзистор действует как ключ для включения лампы. Рассмотрим, что происходит с коллекторным током в схеме на рис. 1, если базовый ток постепенно увеличивается, начиная от нуля. Когда ключ S1 разомкнут, базовый ток не течет и ток коллектора ничтожно мал. Замыкание S1 приводит к появлению тока базы IB = VCC/RB, где мы пренебрегли разностью потенциалов на переходе база-эмиттер. Ток коллектора, протекающий по нагрузке RL, равен IC=hFEVCC/RB. Для конкретной схемы, приведенной на рисунке, при hFE = 100 и при максимальном значении RB (50 кОм) получим: IC=100×10/5000 А=20 мА Падение напряжения на RL определяется произведением RLIC и в нашем случае равно 50 х 0,02 = 1 В. Транзистор при этом находится в линейном режиме; уменьшение RB приводит к увеличению тока базы, увеличению тока коллектора и, следовательно, к увеличению падения напряжения на RL. В этих условиях схема могла бы быть использована как усилитель напряжения. Теперь рассмотрим случай, когда RB=hFERL и ток базы равен IB=VCC/RB=VCC/(hFERL) Следовательно, коллекторный ток равен IC=(hFEVCC)/(hFERL)=VCC/RL С точки зрения нагрузки транзистор ведет себя как пара контактов ключа. Из закона Ома следует, что ток нагрузки в этой ситуации не может превышать величины VCC/RL. Поэтому дальнейшее увеличение тока базы не может увеличить ток коллектора, который определяется теперь только сопротивлением нагрузки и напряжением питания. Транзистор находится в насыщении. На практике при насыщении транзистора между коллектором и эмиттером всегда остается небольшое напряжение, обычно обозначаемое VCE(sat). Как правило, оно меньше 1 В и может доходить до 0,1 B y транзисторов, специально предназначенных для работы в качестве ключей. Обычно VCE(sat) уменьшается по мере того, как через переход база-эмиттер течет все больший ток, то есть в случае, когда отношение тока коллектора IC к току базы IB становится значительно меньше, чем коэффициент усиления тока транзистора hFE. Грубо говоря, глубокое насыщение (малое значение VCE(sat)) имеет место, когда IC/IB < hFE/5 Для схемы типа той, какая показана на рис. 1, когда ток базы задается просто подключением резистора к источнику питания, мы выбираем RB/RL < hFE/5 Следовательно, для схемы на рис. 1, принимая типичное для транзистора 2N3053 (аналог КТ630Б — см. аналоги отечественных и зарубежных транзисторов) значение коэффициента усиления тока hFE = 150, имеем RB/RL < 150/5 = 30. Следовательно, при RL = 50 Ом мы выбираем RB < 30 х 50 Ом = 1,5 кОм. Итак, если в качестве нагрузки используется лампа с сопротивлением 50 Ом, то для ее эффективного включения нам следует выбрать сопротивление базового резистора меньше 1,5 кОм. Если это невозможно, когда, например, в качестве RB используется фоторезистор с минимальным сопротивлением 10 кОм, то следует воспользоваться схемой Дарлингтона, чтобы увеличить коэффициент усиления тока. Если биполярный транзистор работает с током коллектора, близким к максимальному, и нужно поддержать напряжение VCE(sat) на уровне долей вольта, то из-за уменьшения hFE может понадобиться базовый ток больше, чем Iс/10. Возможно покажется неожиданным, что VCE(sat) может быть много меньше, чем напряжение VBE, которое у кремниевого транзистора равно примерно 0,6 В. Происходит это потому, что в режиме насыщения переход коллектор-база смещен в прямом направлении. Следовательно, мы имеем два р-n перехода, смещенных в прямом направлении, включенных навстречу друг другу так, что падения напряжения на них взаимно компенсируются. Эта способность биполярного транзистора иметь в режиме насыщения очень маленькое падение напряжения между коллектором и эмиттером, делает его весьма полезным переключающим прибором. Многие из наиболее важных применений электроники, включая обширную область цифровой электроники, используют переключающие схемы. В режиме переключений транзистор работает либо с фактически нулевым током коллектора (транзистор выключен) или с фактически нулевым напряжением на коллекторе (транзистор включен). В обоих случаях мощность, рассеиваемая на транзисторе, очень мала. Значительная мощность рассеивается только в то время, когда происходит переключение: в это время и напряжение коллектор-эмиттер и ток коллектора имеют конечные значения. Маломощный транзистор, такой как 2N3053, с максимально допустимой рассеиваемой мощностью менее одного ватта, может переключать мощность в нагрузке в несколько ватт. Следует обратить внимание на то, что максимальные значения коллекторного напряжения и тока не должны выходить за допустимые пределы; кроме того, желательно осуществлять переключения возможно быстрее, чтобы избежать рассеяния чрезмерно большой мощности.

ГОСТ 18604.22-78 — Транзисторы биполярные. Методы измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер

ГОСТ 18604.22-78*
(CT СЭВ 4289-83)

Группа Э29

Дата введения 1980-01-01

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 5 июля 1978 г. N 1816 срок введения установлен с 01.01.80

Проверен в 1984 г. Постановлением Госстандарта от 25.06.84 N 2078 срок действия продлен до 01.01.90**

________________

** Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР от 17.09.91 N 1455 (ИУС N 12, 1991 год). — Примечание изготовителя базы данных.

ВЗАМЕН ГОСТ 13852-68

* ПЕРЕИЗДАНИЕ (декабрь 1985 г.) с Изменением N 1, утвержденным в октябре 1984 г. (ИУС 1-85).

Настоящий стандарт распространяется на биполярные транзисторы и устанавливает методы измерения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и напряжения насыщения база-эмиттер в схеме с общим эмиттером на постоянном и импульсном токах.

Общие условия при измерении напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер транзисторов должны соответствовать требованиям ГОСТ 18604.0-83.

Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 4289-83.

(Измененная редакция, Изм. N 1)

1. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НАСЫЩЕНИЯ КОЛЛЕКТОР-ЭМИТТЕР И БАЗА-ЭМИТТЕР НА ПОСТОЯННОМ ТОКЕ

1.1. Принцип и условия измерения

1.1.1. Измерение заключается в определении напряжения между выводами транзистора в режиме насыщения при заданных постоянных токах коллектора и базы.

1.1.2. Напряжение питания коллектора должно быть меньше граничного напряжения или равно ему.

Если значение не нормируют, то напряжение питания коллектора не должно превышать максимально допустимого значения постоянного напряжения коллектор-эмиттер.

1.1.3. Значения тока базы и тока коллектора , значение граничного напряжения указывают в нормативно-технической документации на транзисторы конкретных типов.

1.1. 4. Допускается задавать токи базы и коллектора от генераторов тока. При этом выходное сопротивление генератора тока базы должно удовлетворять условию

,

а выходное сопротивление генератора тока коллектора должно удовлетворять условию

,

где и — максимальные значения напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер, которые могут быть измерены на данной установке;

и — минимальные значения токов коллектора и базы, которые могут быть установлены на данной установке.

1.2. Аппаратура

1.2.1. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер на постоянном токе следует измерять на установке, структурная схема которой приведена на черт.1.

, — измерители постоянных токов базы и коллектора; — измеритель постоянного напряжения;
и ; , — резисторы; — измеряемый транзистор; — переключатель

Черт.1

1.2.2. Основные элементы, входящие в схему, должны удовлетворять следующим требованиям.

1.2.2.1. Входное сопротивление измерителя постоянного напряжения должно удовлетворять соотношениям

;

.

1.2.2.2. Измеритель постоянного напряжения может быть компенсационного типа. В этом случае требования к входному сопротивлению не предъявляют.

1.2.2.3. Допускается использование общего источника питания для задания токов базы и коллектора. Регулировку токов в этом случае осуществляют подбором резисторов и .

1.2.2.4. Взамен резисторов и могут быть использованы внутренние сопротивления источников питания базы или коллектора.

Резисторы , и измерители и могут полностью или частично отсутствовать, если каким-либо способом обеспечивается точность установки режима.

1.2.2.5. Следует принимать меры к устранению погрешности измерения и за счет падения напряжения на соединительных проводах и контактах путем разделения контактов и соединительных проводов на токовые и потенциальные.

1.2.2.6. Значение наводок на измерителе напряжения должно быть не более 2% шкалы.

1.3. Подготовка и проведение измерения

1.3.1. При измерении напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер транзистор включают в схему измерения. По шкале следует установить значение тока базы, а по шкале — значение тока коллектора, указанные в нормативно-технической документации на транзисторы конкретных типов или рассчитанные по заданной степени насыщения.

В положении 1 переключателя измеритель измеряет напряжение насыщения .

В положении 2 переключателя измеритель измеряет напряжение насыщения .

1.3.2. Допускается одновременное измерение напряжений насыщения и двумя приборами (без переключателя ), если режим измерения этих параметров одинаков.

1.4. Показатели точности измерения

1.4.1. Основная погрешность измерительных установок, в которых используются стрелочные приборы, должна находиться в пределах ±5% конечного значения рабочей части шкалы.

1.4.2. Основная погрешность измерительных установок, в которых используются цифровые приборы, должна находиться в пределах ±5% измеряемого значения ±1 знак младшего разряда дискретного отсчета.

2. МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ НАСЫЩЕНИЯ КОЛЛЕКТОР-ЭМИТТЕР И БАЗА-ЭМИТТЕР НА ИМПУЛЬСНОМ ТОКЕ

2.1. Принцип и условия измерения

2.1.1. Измерение заключается в определении напряжения между выводами транзистора в режиме насыщения при заданных постоянном токе коллектора и импульсном токе базы.

2.1.2. Напряжение питания коллектора, значения тока базы и тока коллектора устанавливают в соответствии с требованиями пп.1.1.2 и 1.1.3.

2.1.3. Измерение напряжения следует начинать с задержкой относительно начала базового импульса и закончить до окончания базового импульса (черт.2) по формулам

;

,

где — длительность импульса в цепи базы;

— максимальное значение статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером;

— максимальное значение коэффициента передачи тока в режиме малого сигнала;

— граничная частота коэффициента передачи тока.

— измеряемое напряжение

Черт. 2

Значения статического коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером, коэффициента передачи тока в режиме малого сигнала и граничной частоты коэффициента передачи тока указывают в нормативно-технической документации на транзисторы конкретных типов. Для транзисторов, у которых значение не нормируется, используют значение предельной частоты коэффициента передачи тока или ,

где — частота, на которой измеряют модуль, коэффициента передачи тока на высокой частоте . Значение указывают в нормативно-технической документации на транзисторы конкретных типов.

2.1.4. Допускается подавать напряжение коллектора в виде импульса, начинающегося не позднее базового импульса и заканчивающегося раньше базового импульса.

Время подключения пикового вольтметра к выводам в этом случае не ограничивают.

2.1.5. Допускается измерение напряжений насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер при постоянном токе базы и импульсном напряжении коллектора.

2.1. 6. Допускается одновременная подача базового и коллекторного импульсов, если пиковый вольтметр подключается на позднее начала базового импульса.

2.1.7. Допускается задавать токи базы и коллектор от импульсных генераторов тока. При этом выходные сопротивления генераторов тока базы и тока коллектора должны соответствовать требованиям п.1.1.4.

2.2. Аппаратура

2.2.1. Напряжение насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер на импульсном токе следует измерять на установке, структурная схема которой приведена на черт.3.

, , — пиковые вольтметры; — генератор однополярных импульсов; , — резисторы;
, — калибровочные резисторы; — переключатель; — конденсатор;
— измеряемый транзистор

Черт.3

2.2.2. Основные элементы, входящие в схему, должны удовлетворять следующим требованиям.

2.2.2.1. Пиковый вольтметр должен измерять ток базы по падению напряжения на резисторе . Его входное сопротивление должно быть больше или равно 100.

2.2.2.2. Пиковый вольтметр должен измерять мгновенные значения напряжений. Требования к его входному сопротивлению должны соответствовать требованиям п.1.2.2.1.

2.2.2.3. Пиковый вольтметр должен измерять ток коллектора по падению напряжения на резисторе . Его входное сопротивление должно быть больше или равно 100.

2.2.2.4. Взамен резистора может быть использовано внутреннее сопротивление генератора , а резистора — внутреннее сопротивление источника питания коллектора.

Резисторы и могут отсутствовать, если токи базы и коллектора задают от импульсных генераторов тока.

2.2.2.5. Резисторы и должны обеспечивать измерение токов и на рабочих участках шкал приборов и . Номинальные сопротивления резисторов выбирают с допускаемым отклонением от номинального в пределах ±1%.

2.2.2.6. Резисторы , и пиковые вольтметры , могут отсутствовать, если каким-либо способом обеспечивается точность установки режима.

2.2.2.7. Частоту следования импульсов генератора следует выбирать такой, чтобы скважность импульсов была более 10.

2.2.2.8. Емкость конденсатора следует выбирать из соотношения

,

если источник питания коллектора рассчитан на ток ,

где — скважность импульсов базы.

Значение емкости конденсатора может быть уменьшено или конденсатор может быть отключен, если источник питания коллектора рассчитан на ток и при импульсном напряжении питания коллектора.

2.3. Подготовка и проведение измерения

2.3.1. Подготовка и проведение измерения — в соответствии с п.1.3.

2.4. Показатели точности измерения

2.4.1. Основная погрешность измерительных установок, в которых используются стрелочные приборы, должна находиться в пределах ±5% конечного значения рабочей части шкалы.

2.4.2. Основная погрешность измерительных установок, в которых используются цифровые приборы, должна находиться в пределах ±5% измеряемого значения ±1 знак младшего разряда дискретного отсчета.

2.4.1, 2.4.2. (Измененная редакция, Изм. N 1).

бит — Как насытить транзистор NPN?

Транзистор переходит в режим насыщения, когда переходы база-эмиттер и база-коллектор смещены в прямом направлении. Таким образом, если напряжение коллектора падает ниже напряжения базы, а напряжение эмиттера ниже напряжения базы, то транзистор находится в состоянии насыщения.

Рассмотрим эту схему усилителя с общим эмиттером. Если ток коллектора достаточно высок, то падение напряжения на резисторе будет достаточно большим, чтобы снизить напряжение коллектора ниже базового напряжения. Но обратите внимание, что напряжение коллектора не может быть слишком низким, потому что тогда переход база-коллектор будет похож на диод с прямым смещением! Таким образом, у вас будет падение напряжения на переходе база-коллектор, но оно будет не обычным 0,7 В, а скорее 0,4 В.

Как вывести его из состояния насыщения? Вы можете уменьшить величину базового привода транзистора (либо уменьшить напряжение \$V_{be}\$, либо уменьшить ток \$I_b\$), что затем уменьшит ток коллектора, что означает падение напряжения на транзисторе.

Сопротивление коллектора также будет уменьшено. Это должно увеличить напряжение на коллекторе и вывести транзистор из состояния насыщения. В «крайнем» случае это происходит при выключении транзистора. Базовый диск полностью удален. \$V_{be}\$ равно нулю, равно как и \$I_b\$. Следовательно, \$I_c\$ также равен нулю, а коллекторный резистор работает как подтягивающий, повышая напряжение коллектора до \$V_{CC}\$.

Дополнительный комментарий к вашему заявлению

Насыщается ли BJT повышение Vbe выше определенного порога? Сомневаюсь в этом, потому что BJT, как я понять их, являются управляемый током, не управляемый напряжением.

Существует несколько способов описания работы транзистора. Один из них — описать взаимосвязь между токами на разных клеммах:

$$I_c = \beta I_b$$

$$I_c = \alpha I_e$$

$$I_e = I_b + I_c$$ 9{\frac{V_{be}} {V_T}}$$

Глядя на это таким образом, ток коллектора контролируется базовым напряжением .

Это определенно сбивает с толку. Меня это долго смущало. Правда в том, что вы не можете реально отделить напряжение база-эмиттер от тока базы, потому что они взаимосвязаны. Так что оба мнения верны. Пытаясь понять конкретную схему или конфигурацию транзистора, я считаю, что обычно лучше просто выбрать ту модель, которую легче всего анализировать.

Редактировать:

Насыщается ли BJT позволяя Ib пройти определенный порог? Если да, то этот порог зависит от «нагрузки», которая подключена к коллектору? транзистор насыщены просто потому, что Ib высок достаточно, чтобы бета транзистора уже не является ограничивающим фактором IC?

Выделенное жирным шрифтом в основном верно. Но порог \$I_b\$ не присущ конкретному транзистору. Это будет зависеть не только от самого транзистора, но и от его конфигурации: \$V_{CC}\$, \$R_C\$, \$R_E\$ и т. д.

npn — Насыщение эмиттерного повторителя

Эмиттерные повторители не насыщаются. Для этого есть причина. Поскольку ток нагрузки вытягивается эмиттером, он никогда не может подняться выше базового напряжения, чтобы получить VceVcc.

Популярный старый L298N рассчитан на низкое напряжение и 2А, но не вместе. Если вы использовали один источник питания Vcc = 5 В с нагрузкой 2 А, напряжение на нагрузке в худшем случае почти равно нулю, а это означает, что для получения 2 А требуется почти короткое замыкание. Но для малых токов возможны несколько вольт на нагрузке.

Это верхняя сторона эмиттерного повторителя и нижняя сторона общего эмиттера в H-мосте, оба используются для управления дифференциальной нагрузкой. На внешних токоизмерительных резисторах нижней стороны имеется большое допустимое падение, которое должно быть сведено к минимуму, желательно не более 50 мВ, а затем усилено для обратной связи.

Эмиттерные повторители BJT имеют более высокую линейность и лучший hFE без эффектов насыщения, но также с более высоким падением Vce, чем Vce(sat).

Насыщение BJT зависит от того, что переход CB больше не имеет обратной поляризации, а рост тока Ic и падение напряжения Vce меньше, чем Vbe.

Эта кажущаяся прямая проводимость коллектор-база также снижает максимальное линейное усиление тока hFE в этом нелинейном режиме, поскольку коллектор больше не является источником тока с высоким сопротивлением, но с меньшим усилением по току и становится источником или переключателем напряжения с низким сопротивлением . В то время как повторители эмиттера имеют ток базы эмиттера Ib=Ic/hFE (и Ic~Ie)

Вы не увидите их с дополнительными общими выходами коллектора, потому что риск сквозного замыкания через Vcc+/- или землю приведет к короткому замыканию питание с индуктивной нагрузкой в ​​отличие от CMOS, которые имеют общие стоки. КМОП или полевые транзисторы с дополнительной мощностью легче контролировать требуемую «зону нечувствительности» или мертвое время, когда оба драйвера выключены или частично проводят ток, но должны быть защищены от напряжения обратного хода.

Как правило, Vce=Vce(sat) часто определяется соотношением Ic/Ib=10 при некоторых номинальных токах. Когда вы видите транзисторы, рассчитанные на Ic/Ib = 20 или 50, это только потому, что их линейный максимум hFE > 10 больше, чем эти отношения. Существуют hFE >

1000 с номинальным соотношением 50:1 = Ic/Ib, но это происходит за счет других параметров, таких как Rce = дельта Vce/дельта Ic в насыщении, а также снижения BW для возможных продуктов GBW, поэтому они не являются обычными для переключающих транзисторов. Diodes In имеет много патентов на конструкцию транзистора, чтобы улучшить это и оценить свои лучшие устройства с низким Rce в мОм по сравнению с типичным 1 Ом для PN2222A, но это обходится дорого, поэтому вы вряд ли найдете его в ИС драйвера двигателя. которым нужен быстрый dV/dt.

Насколько я помню, аудиотранзистор 2N5088 имеет эти высокие hFE с золотым легированием, но также ограничен аудиоприложениями Bw.

Поскольку Vce создается током нагрузки эмиттера, снижающим базовый ток, а базовое напряжение всегда немного ниже, чем Vcc, Vce никогда не может опускаться ниже, чем Vbe, или, другими словами, CB-переход никогда не может видеть прямое напряжение и, следовательно, Vce никогда не достигает Vce (сб).