7.1.9 Динамический режим работы транзистора

Динамический режим работы транзистора – это режим, при котором во входной цепи имеется источник переменного сигнала, а в выходной цепи присутствует сопротивление нагрузки.

2-й закон Кирхгофа для выходной цепи:

Данное выражение является уравнением выходной динамической характеристики (уравнением нагрузочной прямой).

Нагрузочная прямая строится на семействе выходных статических вольт-амперных характеристик по двум точкам (А и В):

а) Пусть транзистор полностью закрыт (режим отсечки), т.е. . Тогда из уравнения (11) получим .

Таким образом, координаты точки А будут:

б) Пусть транзистор полностью открыт (режим насыщения), т.

е. . Тогда из уравнения (11) получим .

Таким образом, координаты точки В будут:

I_К, mA I_Б4

Е_П/R_КB I_Б3

I_Б2

нагрузочная I_Б1

прямая (выходная A I_Б=0

динамическая 0 Е_П U_КЭ,В

характеристика)

Выходная динамическая характеристика транзистора отличается от статических выходных ВАХ, т.

к. наличие сопротивления нагрузки резко изменяет режим работы транзистора.

В качестве входной динамической характеристики используют входную статическую характеристику транзистора при , т.к. они мало чем отличаются вследствие того, что сопротивление нагрузки слабо влияет на входную цепь. I_Б,mA

U_КЭ=5В

входная динамическая

характеристика

0 1В U_БЭ,В

Анализировать схему, содержащую нелинейный элемент (например, транзистор), сложно. Но при определенных условиях транзистор можно заменить эквивалентной схемой, содержащей исключительно линейные элементы (сопротивления, емкости, индуктивности).

Условием замены реального транзистора эквивалентной схемой является малый уровень входного сигнала, т.к. при малых амплитудах входного сигнала можно пренебречь нелинейностью ВАХ и считать малые участки ВАХ линейными.

Эквивалентная схема составляется только для переменных составляющих токов и напряжений, поскольку полезную информацию несут только они.

Элементы, образующие эквивалентную схему транзистора, и являются его первичными параметрами.

Эквивалентных схем транзистора много, рассмотрим одну из них.

Т-образная эквивалентная схема транзистора ОБ

=доли Ома÷единицы Ома, т.е. мало

• — ёмкость ЭП. Эта ёмкость диффузионная (т.к. ЭП смещен в прямом направлении). Она относительно большая, но её влиянием можно пренебречь, т.к. она шунтирована малым сопротивлением . десятки пФ

• — дифференциальное сопротивление обратно смещенного КП

— может достигать сотен кОм÷десятки МОм, т.е. велико.

• — ёмкость КП. Эта ёмкость барьерная (т.к. КП смещен в обратном направлении). Она мала (единицы пФ), но пренебрегать ею нельзя. На ВЧ реактивное сопротивление этой емкости уменьшается (), в результате чего часть выходного тока ответвляется через эту емкость и поступает на вход транзистора, не попадая в нагрузку, т.е. не участвуя в усилении. Другими словами: с помощью барьерной ёмкости на ВЧ в транзисторе осуществляется внутренняя обратная связь.

Обратная связь (ОС) – передача части мощности сигнала с выхода на вход схемы.

Таким образом, ёмкость КП на ВЧ ухудшает усилительные свойства транзистора.

— омическое сопротивление слабо легированной области базы;

— небольшое сопротивление, обеспечивающее внутреннюю ОС в транзисторе.

7.1.11 h-параметры

Недостаток первичных параметров – невозможность их измерения, т.к. общая точка, относительно которой определяются первичные параметры, находится внутри Базы транзистора.

Поэтому переходят к вторичным параметрам транзистора, которые легко измерить. Самыми распространенными вторичными параметрами транзистора являются h-параметры.

В системе h-параметров в качестве независимых переменных (аргументов) принимают входной ток (I₁) и выходное напряжение (U₂). Зависимыми переменными (функциями) являются входное напряжение (U₁) и выходной ток (I₂).

Связь между зависимыми и независимыми переменными выражается с помощью системы уравнений:

U₁ = h₁₁I₁ + h₁₂U₂

I₂ = h₂₁I₁ + h₂₂U₂

Здесь I₁, I₂, U₁, U₂ – амплитуды переменных токов и напряжений (индекс «1» относится к входному сигналу, а индекс «2» — к выходному), h

11, h₁₂, h₂₁,h₂₂ являются коэффициентами пропорциональности (индекс «11» означает 1-я строчка, 1-й столбец; «12» — 1-я строчка, 2-й столбец и т. д.)

Таким образом, имеем систему 2-х уравнений с четырьмя неизвестными. Решить такую систему уравнений в общем виде невозможно. Для ее решения необходимы дополнительные условия.

Так, например, чтобы определить из первого уравнения h₁₁, нужно второе слагаемое этого уравнения занулить, т.е. считать, что U

2=0.

Тогда при — входное сопротивление транзистора при короткозамкнутом выходе.

Аналогично определяем:

при — коэффициент обратной связи по напряжению при разомкнутом входе;

при — коэффициент усиления по току при

короткозамкнутом выходе;

при — выходная проводимость транзистора при разомкнутом входе.

Пример расчета h-параметров транзистора ОЭ

Изобразим транзистор ОЭ с его входными и выходными токами и напряжениями:

а) Определим входное сопротивление транзистора. Для этого запишем формулу: при . Заменив амплитуды на малые приращения и подставив значения входного тока, входного и выходного напряжений конкретно для транзистора ОЭ, получим:

при , т.е. при

индекс «э» означает, что транзистор собран по схеме ОЭ

Входное сопротивление транзистора определяется по входным вольт-амперным характеристикам. Точка А – это рабочая точка, в которой определяются h-параметры.

Iб (mA) Uкэ=5В

0,75

б

=

0,25

Uбэ (В)

0,3 бэ 0,55

Чтобы определить , необходимо выполнить дополнительное построение: это построение обязательно должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие (в данном случае ). Исходя из вышесказанного, строим небольшой прямоугольный треугольник таким образом, чтобы его гипотенуза прилегала к входной характеристике и делилась рабочей точкой А пополам. Тогда катеты этого треугольника и будут искомыми значениями и , зная которые, легко определить входное сопротивление транзистора:

б) Определим коэффициент обратной связи по напряжению.

Заменив в формуле при амплитуды на малые приращения, получим: при , т.е. при .

Коэффициент обратной связи по напряжению определяется по входным вольт-амперным характеристикам транзистора. Дополнительное построение должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие . В данном случае это будет прямая, параллельная оси напряжений и проходящая через точку А.

Iб(mA)

кэ

Uкэ=0 Uкэ=5В

А^` А

Uбэ(В)

0,5 бэ 0,7

в) Определим коэффициент усиления по току.

Заменив в формуле при амплитуды на малые приращения, получим: при , т.е. при .

Коэффициент усиления по току определяется по выходным вольт-амперным характеристикам транзистора. Дополнительное построение должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие . В данном случае это будет прямая, параллельная оси токов и проходящая через точку А.

Iк(mA)

40 Iб=1,5mA

А

Iб=1mA

к А` б

Iб=0,5mA

20 Iб=0

Uкэ(В)

Для транзистора, собранного по схеме ОЭ: , где — коэффициент передачи тока базы в коллектор.

г) Определим выходную проводимость и выходное сопротивление транзистора.

Заменив в формуле при амплитуды на малые приращения, получим: при , т.е. при .

Дополнительное построение должно проходить через рабочую точку А и при этом должно выполняться условие . В данном случае это будет прямоугольный треугольник, у которого гипотенуза делится рабочей точкой А пополам.

Iк(mA)

Iб=1mA

7

A Iб=0,5mA

к

6 Iб=0

Uкэ(В)

5 кэ 10

Инверсный режим работы транзистора — Я Студик

У транзистора между эмиттерным и коллекторным переходами нет принципиальных различий. Поэтому транзистор допускает инверсное включение, при котором коллектор выполняет роль эмиттера и наоборот (рис. 3.9).

Рис. 3.9. Инверсное включение транзистора

При инверсном включении улучшаются параметры транзистора:

уменьшается по модулю остаточное напряжение Uкэ  в режиме насыщения, что очень важно для транзисторных ключей, работающих в режимах малых токов;

уменьшается обратный ток Iэо в режиме отсечки.

Вместе с тем из-за не симметрии эмиттерного и коллекторного переходов уменьшается коэффициент усиления тока β. Это вызвано различием площадей, указанных p-n-переходов.

Статические характеристики инверсного режима подобны соответствующим характеристикам нормального режима.

Возможность прямого и инверсного включений транзистора позволяет упростить ряд устройств.

3.2.6. Максимально допустимые параметры транзистора

Превышение максимально допустимых параметров прибора приводит к нарушению режима нормальной работы, а часто и выводит его из строя.

Основными   максимально  допустимыми            параметрами транзистора являются:

а)         максимально  допустимый   ток      коллекторного           перехода

max

к

, причѐм максимально допустимый ток коллектора в режиме

насыщения     горазда           больше            максимально  допустимого  тока коллектора в режиме усиления;

б) максимально допустимое напряжение между коллектором

max

и эмиттером транзистора

Uкэ     ;

в)         максимально  допустимая    мощность,      рассеиваемая

max

коллекторным переходом Pк           ;

база

г) максимально допустимое напряжение перехода эмиттер

max

эб        ;

д) максимально допустимое напряжение между коллектором

Umax

и базой

кб        .

На рис. 3.7,в показано семейство статических выходных характеристик с нанесенными на них границами максимально допустимых   режимов. Линия максимально допустимой мощности

определяется выражением:

max

I           к

к          .

кэ

Область          гарантированной      надежной       работы            транзистора располагается ниже границы, очерченной штриховкой;

е)         диапазон        рабочих          температур:    для      германиевых транзисторов (-600…+250), для кремниевых (-1000…+1200).

3.3. Полевые транзисторы

В полевых транзисторах (ПТ) управление выходным током осуществляется электрическим полем, создаваемым внешним входным напряжением, а не током, как в биполярных транзисторах.

С другой стороны, работа ПТ основана на использовании носителей заряда одного знака: только дырок или только электронов, поэтому такие транзисторы называют униполярными.

Существуют два основных вида ПТ:

полевые транзисторы с p-n-переходом;

полевые транзисторы с изолированным затвором, которые иначе называют МДП транзисторы или МОП транзисторы.

Каждый из этих двух видов ПТ может быть n-канальным и

p-канальным.

Материал взят из книги Полупроводниковые приборы в системах транспортной телематики (Асмолов, Г. И.)

Что это такое и как определить насыщение одного из транзисторов

? Что это значит? Что ж, этот термин может иметь смысл только в том случае, если вы дизайнер или инженер, хорошо знакомый с транзисторными переключателями.

Если нет, то разберем.

Когда вы имеете дело с устройствами с низким постоянным током, нормально включать или выключать их. А добиться этого можно с помощью транзисторных ключей. Но транзистор должен быть в состоянии насыщения, чтобы включить или выключить устройство постоянного тока.

Далее в этой статье мы подробнее обсудим эту тему, покажем вам режимы работы, расчеты и многое другое.

Итак, приступим!

Что такое насыщение транзистора?

Насыщение происходит, когда система достигает порогового или максимального значения. Таким образом, транзистор работает в зоне насыщения, когда ток достигает максимального заданного значения.

Например, когда вы наливаете жидкость в стакан до краев — он находится в состоянии насыщения. И это потому, что зеркало не может больше пить. Кроме того, когда вы изменяете конфигурацию транзистора, он быстро меняет уровень насыщения.

Но важно отметить, что при настройке транзисторов устройство не достигает точки насыщения. И это потому, что база-коллектор не остается в режиме обратного смещения. В результате в выходных сигналах будут искажения.

Какие режимы работы?

Транзисторы работают в четырех различных режимах, поскольку они являются нелинейными устройствами. А моды показывают ток, протекающий через них (т. е. от коллектора NPN к эмиттеру).

Транзистор NPN

Кроме того, если вы хотите узнать режим транзистора, вы должны обратить внимание на соотношение и напряжения трех контактов.

Итак, V _BC — это напряжение, которое движется от базы к коллектору, а V _BE относится к току, движущемуся от пола к эмиттеру. Тем не менее, режимы работы включают:

Режим насыщения

Когда транзистор находится в режиме насыщения, он включен. Плюс ведет себя как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.

Кроме того, в этом режиме диоды транзистора смещаются в прямом направлении. А прямое смещение — это когда V _BE и _{V BC больше нуля. Кроме того, это означает, что V B выше, чем V C и V E .}

Другими словами, для перехода транзистора в состояние насыщения V _BE должно быть выше порогового напряжения. Вы можете представить падение напряжения с помощью нескольких сокращений, таких как V _d , V _th и т. д., а значение различается между транзисторами и даже температурой.

Итак, при комнатной температуре мы можем оценить, что многие транзисторы имеют падение напряжения около 0,6В.

Кроме того, очень важно отметить, что у вас может быть не очень хорошая проводимость между коллектором и эмиттером. В результате вы заметите небольшое падение напряжения на узлах.

Производители часто представляют это напряжение в описаниях транзисторов как V _CE(sat) (напряжение насыщения CE). И вы можете определить V _CE(Sat) как напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое транзисторам для насыщения.

Значение V _CE(Sat) находится в диапазоне 0,05–0,2 В. И сделка показывает, что V _C должно быть немного выше, чем V _E , чтобы транзистор перешел в режим насыщения. Кроме того, V _C и V _E должны быть меньше, чем V _B .

Обратно-активный

Обратно-активный режим возникает, когда транзистор усиливает и проводит, но ток течет в противоположном направлении (от эмиттера к коллектору).

Итак, чтобы транзистор был в неактивном обратном режиме, напряжение на эмиттере должно быть больше, чем на базе. И это напряжение должно быть больше коллекторного. Другими словами, V _C < V _B < V _E .

Кроме того, нелегко увидеть, как производители разрабатывают активный реверсивный режим для приложения. И это потому, что эта модель не управляет транзистором.

Активный

Транзистор V _BC и V _BE должен быть вредным и выше нуля в этом режиме соответственно. Кроме того, это означает, что базовое напряжение должно быть выше, чем на эмиттере, но ниже, чем на коллекторе.

Итак, коллектор должен быть выше эмиттера, т.е. V _C >V _B >V _E . Интересно, что эта модель является наиболее мощной модой транзистора, потому что она превращает устройство в усилитель.

Следовательно, ток, проходящий через базовый штифт, увеличивается. В результате ветер, который движется в коллектор, выходит из эмиттера.

Ic = bI _B

Где:

Ic = ток коллектора

b = коэффициент усиления

I _B = ток базы

90 013 Cut-Off

Этот режим возникает при выключенном транзисторе — что противоположно насыщению. Итак, в этом режиме транзистор напоминает разомкнутую цепь, потому что в нем отсутствуют токи коллектора и эмиттера.

Как перевести транзистор в этот режим? Вы можете сделать это, обеспечив, чтобы напряжения эмиттера и коллектора были более значительными, чем базовое напряжение. Другими словами, значения V _BE и _{V BC должны быть отрицательными.}

Режим отсечки можно представить следующим образом:

V _C > V _B

V _E >V _B

Важно отметить что мы ссылались на транзисторы режима NPN на протяжении всей статьи. Итак, для транзистора PNP у вас будет характеристика, противоположная NPN. Например, в режиме насыщения PNP-транзисторов ток движется от эмиттера к коллектору.

Кроме того, вы можете обратиться к таблице ниже для лучшего понимания:

РЕЖИМ NPN	СООТНОШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ	РЕЖИМ PNP 900 14
Задний ход	V E > V B > V C	Активный
Отсечка	V E > V B < V C 9003 4	Насыщенность
Насыщение	В E < V B > В C	Отсечка
Активный	V E < V B < V C	Реверс

Как рассчитать насыщение транзистора

Рассчитать насыщение транзистора легко, когда есть кривая, которую можно изучить. Итак, если ваша кривая показывает, что уровень напряжения равен 0 В, а ток относительно выше, используйте закон Ома.

Таким образом, вы сможете определить сопротивление между выводами (коллектор и эмиттер) транзистора следующим образом:

       ——   =   — —   = 0 W

             _{I C             I C(Sat)}

Что делать, если вам нужно определить приблизительную насыщенность ток коллектора транзистора в цепи? Вы можете получить это, приняв соответствующее значение короткого замыкания на CE устройства (коллектор-эмиттер). Затем подставьте его в формулу выше. Можно поставить В _CE как 0V и вычислить для V _CE(Sat) .

Также, если схема имеет конфигурацию с фиксированным смещением, вы можете подать заявку на краткий курс. Следовательно, RC (напряжение на стыке) будет равно V _CC . И вы можете выразить условие, как показано ниже.

• I _C(Sat)  =  V _CC/RC  

Как узнать, насыщен ли транзистор?

Работать с транзистором в режиме насыщения непросто, но возможно. Кроме того, очень важно настроить свою работу в активной области, если вы хотите управлять своим транзисторным усилителем. Вот проверенные способы узнать насыщенный транзистор:

1. Проведением фактического измерения

2. Моделированием — лучший метод, чем предыдущий

3. Вычисление — старый метод, дешевый и без ограничений. Один из способов использования этого метода — предположить, что цепь насыщена. При этом решите для максимального усиления курса. Затем свяжите его с минимальным текущим прогрессом устройства.

Подведение итогов

На самом деле есть разные способы определить насыщение транзистора. В конце концов, это единственный способ, которым транзистор будет работать как переключатель для регулирования низкого постоянного напряжения.

Также он поставляется с четырьмя режимами работы, и условия различаются для транзисторов NPN и PNP. У вас есть вопросы или опасения по поводу насыщенных транзисторов? Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.

[Решено] В транзисторе n-p-n, работающем в режиме насыщения, выход

Этот вопрос ранее задавался в

UGC NET Paper 2: Electronic Science Official Paper

2018 View all UGC NET Papers >

1. Больше, чем 2В _БЭ
2. Между 2V _EB и V _BE
3. Менее V _BE
4. Равно V _BE
903 39

Вариант 3: Меньше V _BE

Бесплатно

OCT 1: Обучение Способности (концепции преподавания) — Начальный уровень

30,7 тыс. пользователей
10 вопросов
20 баллов
12 минут

Объяснение:

Транзистор NPN

Ниже показана схема транзистора со всеми выводами.

Транзисторы могут работать в различных областях в зависимости от смещения переходов.

 

Прикладываемое напряжение	B — соединение E	БК развязка	Режим
Е < В < С	Вперед	Реверс	Вперед активен
Э < В > С	Вперед	Вперед	Насыщенность
Э> В> С	Реверс	Реверс	Отрезка
Е > В > С	Реверс	Вперед	Реверс активен

 

Две важные характеристики:

• n-область эмиттера сильно легирована, в то время как p-область и n-область коллектора не сильно легированы.
• Ширина основания мала.

Из таблицы видно, что в режиме насыщения оба перехода смещены в прямом направлении. При прямом смещении ширина обедненного слоя уменьшается.

• В активном режиме, поскольку ширина базы мала, как только электроны входят в базу, они попадают в обедненную область.
• Когда V _ce < V _be ⇒ V _b > V _c , в обоих случаях коллекторный переход и эмиттерный соединения смещены в прямом направлении.
• Электроны из эмиттера все еще движутся к базе, а затем к коллектору.
• Однако есть ток, протекающий от базы к коллектору (из-за прямого смещения), и этот ток течет в направлении, противоположном току от перехода база-эмиттер, и компенсирует первоначальный ток.
• По этой причине ток насыщения меньше прямого активного тока.

Вывод:

Когда ток, протекающий через переход мал, падение напряжения на нем также мало. Итак, V _ce < V _будет в насыщенности.

Скачать решение PDF Поделиться в WhatsApp
Последние обновления UGC NET

Последнее обновление 9 мая, 2023 г.

UGC NET Июнь 2023 Уведомление было выпущено.  Экзамен UGC-NET в июне 2023 года будет проходить в режиме CBT для более чем 80 предметов с целью определения права на участие в программе «Младшая исследовательская стипендия» и «Ассистент профессора». Заявки можно подавать онлайн с 10 по 31 мая 2023 г. (до 17:00), а экзамен будет проходить с 13 по 22 июня 2023 г. Образец экзамена UGC NET CBT состоит из двух документов — Документ I. и Документ II. Документ I состоит из 50 вопросов, а документ II – из 100 вопросов. Кандидаты, которые готовятся к экзамену, могут проверить документы UGC NET за предыдущий год, которые помогут вам проверить уровень сложности экзамена. Кандидаты также могут пройти серию тестов UGC NET, которая поможет вам определить свои сильные и слабые стороны.