ВОЛЬТ-АМПЕРНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ
Ток стока ПТ зависит как от значения, так и от полярности напряжений сток — исток и затвор — исток. При постоянном смещении на затворе увеличение напряжения на стоке от нуля вызывает резкое возрастание тока стока, которое продолжается до наступления насыщения тока стока. Затем ток устанавливается и остаётся относительно постоянным. Эта зависимость показана на рис. 3, а для типичного полевого прибора с p-n-переходом. Для сравнения на рис. 3, б приведены коллекторные характеристики биполярного транзистора.
Характеристики транзисторов обоих видов похожи друг на друга, за исключением того, что у биполярного транзистора перегиб характеристик происходит при значительно более низких напряжениях на коллекторе.
На выходной характеристике ПТ можно выделить две характерные области (рис. 4). При малых напряжениях сток — исток (область АВ) сопротивление канала имеет омический характер, и ток может протекать в обоих направлениях. В этом состоит отличие полевых транзисторов от электронных ламп, в которых поток электронов всегда имеет одно направление — от катода к аноду. Рабочая область АВ выходной характеристики ПТ используется в том случае, когда полевой транзистор применяется в схеме в качестве переменного сопротивления, управляемого напряжением (аттенюаторы, регуляторы АРУ).
Рис. 3. Выходные характеристики транзисторов, а — ПТ с p-n-переходом; б — биполярного транзистора.
В области насыщения тока (область ВС на рис. 4) часть канала обеднена носителями заряда из-за влияния электрического поля между затвором и каналом, благодаря чему сопротивление канала становится значительным. Дальнейшее увеличение напряжения между стоком и истоком в этой области вызывает относительно небольшое изменение тока стока, который практически будет зависеть только от напряжения на затворе [1].
Рис. 4. Выходная характеристика ПТ при Uз.и=0
Характерной особенностью полевых транзисторов является то, что напряжение, соответствующее точке B характеристики (точка перегиба характеристики на рис. 4, после которой идёт область насыщения), при напряжении на затворе, равном нулю, численно равно напряжению отсечки и называется напряжением насыщения.
Входные характеристики полевого транзистора существенно отличаются от характеристик биполярного транзистора. Входные характеристики последнего подобны характеристикам открытого полупроводникового диода, в то время как у полевого транзистора они подобны характеристикам запертого диода (смещённого в обратном направлении). Поэтому ток затвора очень мал. Он равен нескольким наноамперам (для ПТ с управляющим p-n-переходом) при температуре 25°С и экспоненциально зависит от температуры.
Рис. 5. Проходные характеристики ПТ при различной температуре.
Проходная характеристика, показывающая зависимость тока стока от напряжения на затворе, изображена на рис. 5. С достаточной для практических расчётов точностью проходная характеристика полевого транзистора определяется выражением (1), т. е. носит квадратичный характер. Эта особенность проходной характеристики используется в преобразователях частоты для уменьшения перекрёстной модуляции и помех от гармоник гетеродина.
PREV CONTEXT NEXT
Статические вольт-амперные характеристики транзистора — Студопедия
Поделись с друзьями:
При использовании транзисторов в различных схемах практический интерес представляют зависимости напряжения и тока входной цепи (входные вольт-амперные характеристики) и выходной цепи (выходные или коллекторные вольт-амперные характеристики). Эти характеристики могут быть записаны аналитически или построены графически. Последний способ наиболее прост и нагляден, поэтому он нашел преобладающее применение. Вольт-амперные характеристики снимают при относительно медленных изменениях тока и напряжения (по постоянному току), в связи с чем их называют статическими. Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.
Существуют три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). О способе включения с общей базой говорилось при рассмотрении принципа действия транзистора. Различие в способах включения зависит от того, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепей.
В силу того, что статические характеристики транзистора в схемах ОЭ или ОК примерно одинаковы, далее рассматриваются характеристики только для двух способов включения: ОБ и ОЭ.
Схема с общей базой (рисунок 2.12). Выходные характеристики транзистора в схеме ОБ отражают зависимость тока коллектора Iк от напряжения на коллекторе относительно базы Uкб при фиксированном токе эмиттера Iэ: Iк = F (
Рисунок 2.12 — Схема включения транзистора с общей базой
Вольт-амперные характеристики имеют три характерные области: I — сильная зависимость Iк от Uкб (нелинейная начальная область), II — слабая зависимость Iк от Uкб (линейная область), III — пробой коллекторного перехода.
Для схемы ОБ характерно расположение начальной области I левее оси ординат. Это обусловлено тем, что напряжение на коллектор-
ном переходе транзистора в схеме ОБ определяется суммой внутренней разности потенциалов φ0 и внешнего напряжения Uкб. При Uкб = 0 и заданном токе эмиттера дырки перебрасываются в коллектор из базы под действием внутренней разности потенциалов φ0; при Uкб = 0 ток Iк ≠ 0. Чтобы уменьшить ток Iк, нужно создать встречный поток дырок через переход, т. е. перевести коллекторный переход путем изменения полярности напряжения
При подаче некоторого напряжения положительной полярности Uкб (на рисунке 2.13, а откладывается влево от точки «0») потоки дырок через коллекторный переход будут взаимно скомпенсированы и ток Iэ = 0. Естественно, что для компенсации большего значения тока Iэ требуется подать напряжение Uкб большей величины. Этим объясняется смещение влево начальных участков характеристик при большем токе Iэ
Особенностью характеристик в области II является их небольшой подъем при увеличении напряжения Uкб.
Некоторое увеличение тока Iк обусловливается увеличением коэффициента передачи тока α транзистора вследствие возникающего эффекта модуляции толщины базового слоя (эффекта модуляции базы), а также роста тока Iк0 = F (Uкб).
Рисунок 2.13 — Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ; иллюстрация эффекта модуляции базы в транзисторе и зависимость коэффициента передачи тока α от тока эмиттера Iэ
Эффект модуляции базы связан с расширением коллекторного перехода lk
Эффект модуляции базы иллюстрируется рисунке 2.13, б, на котором обозначения с индексом 1 относятся к напряжению Uкб1, а с индексом 2 — к напряжению
Постоянство задаваемого тока Iэ при снятии коллекторных характеристик обусловливает постоянство градиента концентрации дырок dp/dx на границе перехода n 1 с базой. В связи с этим кривые распределения концентраций в базе pп2(x) и pп1(x) идут параллельно друг другу. Из рисунка 2.13, б следует, что начальные уровни концентраций дырок на границе эмиттерного перехода с базой получаются неодинаковыми, в частности,
Если предположить, что для транзистора задается не ток Iэ, а напряжение Uэб, определяющее напряжение на эмиттерном переходе, то при подаче напряжения
Некоторое возрастание тока Iк на выходных характеристиках при повышении напряжения Uкб вследствие увеличения коэффициента α за счет эффекта модуляции базы (см. рисунок 2.13, а) характеризуется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода
которое может быть найдено из коллекторных характеристик как отношение приращений напряжения и тока. Для маломощных транзисторов величина rк(б) составляет 0,5…1 МОм.
При Iэ = 0 зависимость Iк = F (Uкб) представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики коллекторного
В области II выходные характеристики практически линейны и сопротивление rк(б) можно принять неизменным. Тогда для этой области зависимость Iк = F (Uкб) можно представить в аналитической форме:
Iк = Iλ+ Uкб/ rк(б) + Iк0 | (2.5) |
и тем самым уточнить соотношение (2.4), полученное без учета эффекта модуляции базы.
Наличие составляющей Iк0 в выражении (2.5) является одной из главных причин температурной зависимости выходных (коллекторных) характеристик транзистора. Влияние температуры приводит к изменению тока Iк0 и смещению характеристик вверх при повышении температуры (пунктирные кривые на рисунке 2.13, а) и вниз при ее снижении. Такое же воздействие на коллекторные характеристики (в меньшей степени) оказывает и зависимость от температуры коэффициента α. Это обусловлено тем, что в рабочем диапазоне температур наблюдается некоторое увеличение коэффициента
Коллекторные характеристики можно считать эквидистантными в небольшой области изменения тока Iэ. При этом равным приращениям тока Iэ соответствуют примерно равные приращения тока Iк (см. рисунок 2.13, а). В большом диапазоне изменения эмиттерного тока характеристики нельзя считать эквидистантными в силу их более густого расположения при малых и больших токах Iэ и более редкого — при промежуточных значениях. Причиной этого является зависимость коэффициента α от тока эмиттера в виде кривой с максимумом при некотором токе Iэ (см. рисунок 2.13, в). Увеличение коэффициента α и достижение им максимального значения с возрастанием эмиттерного тока объясняется относительным уменьшением числа актов рекомбинаций дырок в базе с ростом количества входящих в нее дырок, т. е. повышением коэффициента переноса δ при увеличении тока Iэ. После достижения максимума последующее уменьшение коэффициента передачи тока α обусловливается уменьшением коэффициента инжекции γ с ростом тока Iэ. Для маломощных транзисторов максимуму коэффициента α соответствует ток эмиттера, равный 0,8…3 мА.
Для транзистора существует предел повышения коллекторного напряжения ввиду возможного электрического пробоя коллекторного перехода (область III на рисунке 2.13, а), который может перейти в тепловой пробой. Величина допустимого напряжения Uкб указывается в справочниках.
Входные характеристики транзистора в схеме ОБ (рисунок 2.14) представляют собой зависимость Iэ= F (Uэб) при Uкб= const и по виду близки к прямой ветви вольт-амперной характеристик р-п —
Рисунок 2.14 — Входные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой
перехода (диода).
Входная характеристика, снятая при большем напряжении Uкб, располагается левее и выше. Это обусловливается эффектом модуляции базы, приводящим к повышению градиента концентрации дырок в базе и увеличению тока Iэ. Указанное явление было рассмотрено ранее.
Схема с общим эмиттером (рисунок 2.15). В схеме ОЭ вывод эмиттера является общим для входной и выходной цепей транзистора. Напряжения питания Uбэ, Uкэ подаются соответственно между базой и эмиттером, а также между коллектором и эмиттером транзистора. Без учета падения напряжения в базовом слое напряжение Uбэ определяет напряжение на эмиттерном переходе.
Рисунок 2.15 — Схема включения транзистора с общим эмиттером
Напряжение на коллекторном переходе находят как разность Uкэ — Uбэ. Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока Iк=F(Uкэ) при
Iб = const (рисунок 2. 16, а). Как и для схемы ОБ, здесь можно выделить три характерные области: I — начальная область, II — относительно слабая зависимость Iк от Uкэ, III — пробой коллекторного перехода.
Коллекторные характеристики транзистора в схеме ОЭ отличаются
от соответствующих характеристик в схеме ОБ. В частности, они начинаются из начала координат и участок I располагается в первом квадранте. При Uкэ = 0 напряжение на коллекторном переходе равно Uбэ, коллекторный переход открыт и инжектирует дырки в базу. Потоки дырок через коллекторный переход (от коллектора в базу и от эмиттера в коллектор) взаимно уравновешиваются и ток Iк ≈ 0. По мере повышения напряжения Uкэ в области I прямое напряжение на коллекторном переходе снижается, его инжекция уменьшается, и ток Iк возрастает. На границе с областью II прямое напряжение снимается с коллекторного перехода и в области II на переходе действует обратное напряжение. Точке перехода от области I к области II соответствует напряжение Uкэ порядка 0,5…1,5 В.
Отличие характеристик для схемы ОЭ в области II покажем, выразив в (2.5) ток Iэ через Iб и ток Iк в соответствии с формулой (2.3).
После замены Uкб на Uкэ получаем коллекторные характеристики транзистора в схеме ОЭ, записанные в аналитической форме:
, | (2.6) |
где β = Iк / Iб = α/(1 — α) — коэффициент передачи тока в схеме ОЭ.
Коэффициент β показывает связь тока коллектора с входным током Iб. Если для транзисторов коэффициент α = 0,9…0,99, то β = 9…99. Иными словами, транзистор в схеме ОЭ дает усиление по току. Это является важнейшим преимуществом включения транзистора по схеме ОЭ, чем и определяется более широкое практическое применение этой схемы включения по сравнению со схемой ОБ.
Выражение (2.6) можно переписать в виде:
, | (2.7) |
где rк(э)= rк(б) /(1 + β), Iк0(э)= (1 + β) Iк0.
Рисунок 2.16 — Выходные и входные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ
Так же как и в схеме ОБ, коллекторные характеристики имеют некоторый наклон к оси абсцисс (см. рисунок 2.16, а), вызванный эффектом модуляции базы. Однако этот наклон в схеме ОЭ больше, так как малые изменения коэффициента α под действием изменения напряжения на коллекторном переходе дают значительные изменения коэффициента β = α /(1 — α). Указанное явление учитывается вторым слагаемым в правой части уравнения (2.7). Дифференциальное сопротивление rк(э) коллекторного перехода в схеме ОЭ в 1 + β раз меньше дифференциального сопротивления rк(б) в схеме ОБ и составляет 30…40 кОм.
Из принципа действия транзистора известно, что через вывод базы протекают во встречном направлении две составляющие тока (см. рисунок 2.15): обратный ток коллекторного перехода Iк0 и часть тока эмиттера
(1 — α) Iэ. В связи с этим нулевое значение тока базы (Iб = 0) определяется равенством указанных составляющих токов, т. е. (1 – α) Iэ = Iк0. Нулевому входному току соответствуют ток эмиттера Iэ= Iк0 /(1 — α) = (1 + β) Iк0 и ток коллектора Iк = α Iэ + Iк0 = α Iк0 /(1 – α) + Iк0 = (1 + β) Iк0. Иными словами, при нулевом токе базы через транзистор в схеме ОЭ протекает ток, называемый начальным или сквозным током Iк0(э) и равный (1 + β) Iк0. Этим обусловливается наличие третьей составляющей тока Iк в выражениях (2.6) и (2.7). Таким образом, ток коллектора при входном токе, равном нулю, в схеме ОЭ в 1 + β раз больше, чем в схеме ОБ.
Если же эмиттерный переход перевести в непроводящее состояние, т. е подать напряжение Uбэ ≥ 0, то ток коллектора снизится до Iк0 (см. рисунок 2.16, а) и будет определяться обратным (тепловым) током коллекторного перехода, протекающим по цепи база — коллектор. Область характеристик, лежащую ниже характеристики, соответствующей Iб = 0, называют областью отсечки.
Коллекторные характеристики в схеме ОЭ, так же как и в схеме ОБ, подвержены температурным смещениям. Однако температурные воздействия здесь проявляются сильнее, чем в схеме ОБ. Это обусловлено, во-первых, наличием множителя 1+ β перед Iк0 в формуле (2.6) и, во-вторых, более сильными температурными изменениями коэффициента β при относительно малых температурных изменениях коэффициента α.
Более резко здесь выражена и неэквидистантность характеристик, так как зависимость коэффициента α от тока эмиттера (коллектора) сильно сказывается на зависимости коэффициента β от тока Iэ (Iк). Кроме того, в схеме ОЭ пробой коллекторного перехода наступает при коллекторном напряжении в 1,5…2 раза меньшем, чем в схеме ОБ.
Входные (базовые) характеристики транзистора отражают зависимость тока базы от напряжения база — эмиттер при фиксированном напряжении коллектор — эмиттер: Iб = F (Uбэ) Uкэ = const (рисунок 2.16, б).
При Uкэ = 0 входная характеристика соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики двух p-n -переходов (эмиттерного и коллекторного), включенных параллельно. Ток базы при этом равен сумме токов эмиттера и коллектора, работающего в режиме эмиттера. При Uкэ < 0 ток базы составляет малую часть тока эмиттера. При определенной величине Uбэ подача напряжения Uкэ < 0 вызывает уменьшение тока Iб, т. е. смещение вниз характеристик относительно кривой со значением Uкэ = 0. Дальнейшее увеличение абсолютной величины Uкэ также смещает характеристики к оси абсцисс вследствие уменьшения тока Iб из-за эффекта модуляции базы.
В токе Iб присутствует составляющая Iк0. Поэтому при Uкэ < 0 входные характеристики исходят из точки с отрицательным значением тока базы, равным Iк0.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Характеристики транзисторов — для транзисторов CB, CE и CC
В физике график, представляющий отношения между током и напряжением любого транзистора любой конфигурации, называется характеристиками транзистора. В этом уроке давайте подробно изучим характеристики транзистора.
Содержание:
|
Характеристики транзистора
Любая двухпортовая схема, аналогичная схемам конфигурации транзисторов, может быть проанализирована с использованием трех типов характеристических кривых. Это
- Входные характеристики: Кривая описывает изменения значений входного тока по отношению к значениям входного напряжения при неизменном выходном напряжении.
- Выходные характеристики: Кривая получается путем построения зависимости выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе.
- Характеристики передачи тока: Эта характеристическая кривая описывает изменение выходного тока в зависимости от входного тока при неизменном выходном напряжении.
Конфигурация транзистора
Любая транзисторная схема может быть спроектирована с использованием трех типов конфигурации. Три конфигурации транзистора основаны на подключении вывода транзистора. Три типа конфигураций транзисторных схем:
- Транзистор с общим эмиттером
- Транзистор с общей базой
- Транзистор с общим коллектором (эмиттерный повторитель).
Каждая из этих трех конфигураций цепи имеет собственную кривую характеристик. В зависимости от требований будет выбран тип цепи.
Вы также можете проверить эти темы, приведенные ниже!
- Применение транзисторов
- Биполярный переходной транзистор
- Транзистор Рабочий
- Разница между транзисторами NPN и PNP
- Полевой транзистор
- Типы транзисторов
Конфигурация транзистора с общим эмиттером (CE)
Конфигурация, в которой эмиттер подключается между коллектором и базой, называется конфигурацией с общим эмиттером.
Конфигурация транзистора с общим эмиттером (CE)
Характеристики транзистора в конфигурации с общим эмиттером следующие:
Характеристики транзистора | Определение | Формула/выражение | Кривая характеристики |
Входные характеристики | Изменение тока эмиттера (I B ) в зависимости от напряжения база-эмиттер (V BE ) при сохранении постоянного напряжения коллектор-эмиттер (V CE ). | \(\begin{array}{l}R_{in}=\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{B}}|V_{CE}=Constant\end{array} \) | |
Выходные характеристики | Изменение тока коллектора (I C ) в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (V CE ) при постоянном токе базы (I B ). | \(\begin{array}{l}R_{out}=\frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_{C}}|I_{B}=Constant\end{array} \) | |
Характеристики передачи тока | Изменение тока коллектора(I C ) с током базы (I B ), сохраняя напряжение коллектор-эмиттер (V CE ) постоянным. Результирующее усиление по току имеет значение больше 1. | \(\begin{array}{l}\alpha =\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}|V_{CB}=Constant\end{array} \) |
Общая база (CB) Конфигурация транзистора
В конфигурации CB базовая клемма транзистора будет соединена между выходной и входной клеммами.
Характеристики транзистора при конфигурации с общей базой следующие:
Характеристики транзистора | Определение | Формула/выражение | Кривая характеристики |
Входные характеристики | Изменение тока эмиттера (I E ) в зависимости от напряжения база-эмиттер (V BE ) при сохранении напряжения коллектор-база (V CB ) постоянный. | \(\begin{array}{l}R_{IN}=\frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_{E}}|V_{CB}=Constant\end{array} \) | |
Выходные характеристики | Изменение тока коллектора (I C ) в зависимости от напряжения коллектор-база (V CB ) при постоянном токе эмиттера (I E ). | \(\begin{array}{l}R_{OUT}=\frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_{B}}|I_{E}=Constant\end{array} \) | |
Характеристики передачи тока | Изменение тока коллектора (I C ) в зависимости от тока эмиттера (I E ), сохраняя напряжение базы коллектора (V CB ) постоянным. Результирующее усиление по току имеет значение меньше 1. | \(\begin{array}{l}\alpha =\frac{\Delta I_{C}}{\Delta I_{B}}|V_{CB}=Constant\end{array} \) |
Общий коллектор (CC) Конфигурация транзистора
В конфигурации CE клемма коллектора транзистора будет подключена к общему проводу между выходной и входной клеммами.
Характеристики транзистора в конфигурации с общим коллектором следующие:
Характеристики транзистора | Определение | Кривая характеристики |
Входные характеристики | Изменение тока эмиттера (I B ) в зависимости от напряжения коллектор-база (V CB ) при сохранении постоянного напряжения коллектор-база (V CB ). | |
Выходные характеристики | Изменение тока эмиттера (I E ) в зависимости от напряжения коллектор-эмиттер (V CE ) при постоянном токе базы (I B ). | |
Характеристики передачи тока | Изменение тока эмиттера (I E ) в зависимости от тока базы (I B ) при постоянном напряжении коллектор-эмиттер (V CE ). |
Часто задаваемые вопросы – Часто задаваемые вопросы
Что такое транзистор?
Транзистор представляет собой полупроводниковое устройство, используемое для проведения и изоляции электрического тока или напряжения.
Какие три вывода у транзистора?
Есть три вывода для транзистора:
- Базовый
- Коллектор
- Излучатель
Какие существуют типы конфигураций транзисторных схем?
Типы конфигураций транзисторных схем:
- Транзистор с общим эмиттером
- Транзистор с общей базой
- Транзистор с общим коллектором
Что такое транзистор PNP?
Транзистор PNP представляет собой тип транзистора, в котором один материал n-типа помещен между двумя материалами p-типа.
Определить текущие передаточные характеристики?
Кривая характеристики передачи тока определяет изменение выходного тока в соответствии с входным током, поддерживая постоянное выходное напряжение.
Следите за новостями BYJU’S, чтобы не пропустить еще таких интересных статей. Кроме того, зарегистрируйтесь в «BYJU’S-The Learning App», чтобы получить множество интерактивных, увлекательных видеороликов по физике и неограниченную академическую помощь.
SCIRP Открытый доступ
Издательство научных исследований
Журналы от A до Z
Журналы по темам
- Биомедицинские и биологические науки.
- Бизнес и экономика
- Химия и материаловедение.
- Информатика. и общ.
- Науки о Земле и окружающей среде.
- Машиностроение
- Медицина и здравоохранение
- Физика и математика
- Социальные науки. и гуманитарные науки
Журналы по тематике
- Биомедицина и науки о жизни
- Бизнес и экономика
- Химия и материаловедение
- Информатика и связь
- Науки о Земле и окружающей среде
- Машиностроение
- Медицина и здравоохранение
- Физика и математика
- Социальные и гуманитарные науки
Опубликуйте у нас
- Представление статьи
- Информация для авторов
- Ресурсы для экспертной оценки
- Открытые специальные выпуски
- Заявление об открытом доступе
- Часто задаваемые вопросы
Публикуйте у нас
- Подача статьи
- Информация для авторов
- Ресурсы для экспертной оценки
- Открытые специальные выпуски
- Заявление об открытом доступе
- Часто задаваемые вопросы
Подпишитесь на SCIRP
Свяжитесь с нами
клиент@scirp. org | |
+86 18163351462 (WhatsApp) | |
1655362766 | |
Публикация бумаги WeChat |
Недавно опубликованные статьи |
Недавно опубликованные статьи |
Подпишитесь на SCIRP
Свяжитесь с нами
клиент@scirp. |