ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 114
Скачиваний: 0
в активном режиме показано на рис. 1.17. Особенностью ак тивного режима является то, что все дошедшие до коллектор ного р—п перехода дырки вытягиваются полем перехода и ухо дят в коллектор, создавая его ток. Поэтому концентрация ды рок в базе у коллектора при x — w равна нулю. При изменении входного тока изменяется число инжектированных в базу эмиттером дырок, а значит и ток коллектора.'Распределение дырок 1 на рис. 1.17 соответствует большему току базы, чем распределение 2.
В активном режиме транзистора выходной ток почти ли нейно зависит от входного тока. Зависимость между током ба зы и током коллектора транзистора, работающего в активной области, приближенно определяется формулой
І-к — ? {h 4 |
/ко) + |
ЛіО — |
і^б + (ß + 1) ^кО > 0-19) |
где ß — коэффициент усиления |
по току в схеме с общим |
||
эмиттером. |
г,-,==0 |
(обрыв цепи базы) коллекторная |
|
Отметим, что при |
|||
цепь не будет разомкнута полностью. В ней в соответствии с формулой (1.19) будет протекать ток
= 0 + 1 ) /ко- |
(1-20) |
По мере увеличения тока базы ток коллектора возрастает в соответствии с уравнением (1.18), а падение напряжения «к э хмецьщаетец;
■17
Рабочая точка при этом перемещается вверх по нагрузочной характеристике (рис. 1.12,6).
Увеличение тока |
коллектора при обрыве цепи |
базы |
|
(if, —0) |
по сравнению |
с током коллектора запертого |
тран |
зистора |
/ к0 объясняется следующим образом. Уход дырок из |
||
базы в коллектор за счет диффузии приводит к тому, что на рушается нейтральность базы, которая становится отрицатель но заряженной относительно эмиттера. Это приведет к инжек ции дырок из эмиттера в базу. Инжектированные дырки за счет диффузии через узкую базу будут проходить к коллектор ному переходу, а попадая в ускоряющее поле потенциального барьера — уходить в коллектор. Вероятность рекомбинации
дырки при прохождении через базу равна Следовательно,
пока произойдет рекомбинация дырки и нейтрализация заряда, образовавшегося при уходе дырки из базы в коллектор, из эмиттера в коллектор проходит ß дырок.
4. Насыщенное состояние транзисторного ключа
-- Режимом работы транзисторного ключа, при котором ток коллектора достигает максимальной величины и не зависит от тока базы, называется режимом насыщения. Режим насыще ния может быть получен при условии i6 /б .н (см. рис. 1.12,6). Режиму насыщения соответствует точка В на нагрузочной ха рактеристике. Эмиттерный и коллекторный р—п переходы в режиме насыщения имеют прямое смещение.
Зависимость коллекторного тока от тока базы проведена на рис. 1.18. Она характерна тем, что при і,, > /б .н ток коллектора не увеличивается с ростом тока базы.
Прекращение роста тока коллектора при if, > /б .н объяс няется следующим образом. С ростом тока і6 увеличивается ток коллектора ік и напряжение мк.э = — £« 4- ік RK. При этом возрастает входное напряжение нб.э и напряжение меж ду базой и коллектором и6тК уменьшаются. При некотором
токе базы |
= /б .н выполняется условие м к.б — 0. При / 6 > / б . н |
напряжение коллектора становится положительным относи тельно базы. При этом увеличение тока базы увеличивает число инжектированных в базу дырок, по не изменяет ток кол лектора, так как иоле коллекторного перехода является тормо
зящим и не все дырки, инжектированные в базу, переходят в коллектор. Все напряжение коллекторного источника практи чески падает на нагрузочном резисторе. Падение напряжения на коллекторе в насыщенном режиме UK,э.н очень мало и со ставляет не более 0,1—0,2 В. При этом выполняется соотноше ние
I I |
Ч\ '-•'к * |
( 1. 21) |
S ' f-' |
|
Величина коллекторного тока в режиме насыщения
Е„ I и. |
/:'к |
/к ... |
( 1. 22) |
А’к |
X ' ' |
|
Ввиду малого остаточного напряжения мощность, рассеи ваемая транзистором в режиме насыщения, мала даже при больших токах.
|
В режиме насыще |
||||
|
ния |
вследствие |
тор |
||
|
мозящего |
поля |
кол |
||
|
лекторного |
перехода |
|||
|
не все дырки, дошед |
||||
|
шие до коллекторно- |
||||
|
1 ) перехода, |
уходят |
|||
|
в коллектор. |
Поэто |
|||
|
му, |
как |
видно |
из |
|
|
рис. 1.19, концентра |
||||
|
ция дырок |
в базе у |
|||
|
коллекторного |
пере |
|||
|
хода |
(при x = w) |
вы |
||
- |
ше нуля. |
Кривая 1 |
|||
соответствует |
грани- |
||||
! |
це перехода в режим |
||||
|
насыщения, |
кривая |
|||
|
3 — большему |
току |
|||
|
базы, |
чем кривая 2. |
|||
Степень (глубина) насыщения транзистора характеризует ся отношением тока базы в режиме насыщения к граничному
значению тока базы, при котором рабочая точка переходит в точку В:
С
(1.23)
Л>.II
Условием насыщенною состояния транзистора, таким об разом, является условие
4. Зак. 362. |
49 |
5 > 1 ИЛИ /б > /б.н . |
(1.24) |
Так как рабочая точка В одновременно относится к облас ти насыщения и к границе активной области, то для нее спра
ведливо соотношение (1.19), полученное для активного режи ма. Из этого соотношения при
== -А).Ні Іц == Ак.пі |
ко |
Аі.п 1 |
получим
(1.25)
С учетом соотношений (1.21), (1.23), (125) получим фор мулу для тока базы в режиме насыщения:
іб — s/fi.n |
(4.2G) |
Так как в режиме насыщения ток коллектора нс зависит от тока базы, транзистор в режиме насыщения можно считать пассивным неуправляемым элементом, падение напряжения на котором практически равно нулю. Поэтому насыщенный тран зистор часто изображают потенциальной точкой (рис. 1.20).
ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ
1.Найдите потенциал базы относительно эмиттера в схеме
рис. 1.14,а, если при температуре 20°С / к0=3 мкА, |
= 1 В, |
Rq— 30 кОм, |
|
50
2. Найдите для температур 20 и 60°С максимальное значение /?б, при котором обеспечивается запертое состояние транзис тора в схеме рис. 1.14, а, если Е0 = 1 В, / к0 =3 мкА.
3. Найдите сопротивление R0 для схемы рис. 1.16, при кото ром транзистор находится в режиме насыщения и имеет 5 = 2, если RK= 1 кОм, ДК= 10В, [3=30, Дб = 2 В. Входным сопро тивлением транзистора пренебречь.
4. Найдите напряжение на коллекторе разомкнутого ключа для температуры 20, 60, 80°С, если Дк = 10 В, Дк = 1 кОм, 10 кОм, / л0= З м кА .'
§ 1.5. АМПЛИТУДА ВЫХОДНОГО И ВХОДНОГО ИМПУЛЬСОВ НАСЫЩЕННОГО ТРАНЗИСТОРНОГО КЛЮЧА
Наиболее часто используются транзисторные насыщенные ключи, замкнутое состояние которых соответствует насыщен ному режиму транзистора.
Достоинствами насыщенного ключа являются большая ам плитуда и хорошая форма выходного импульса, так как рабо чая точка в открытом состоянии четко фиксируется (находится в точке В характеристики — рис. 1.12, б).
Найдем амплитуду выходного импульса U K.эт транзистор ного ключа (рис. 1.10, рис. 1.11) при условии, что в открытом состоянии рабочая точка находится в точке В (рис. 1.12,6).
Амплитуда UK.эт определяется перепадом напряжения на коллекторе при переходе рабочей точки из точки А в точку В (или наоборот):
Uк.9И = и Ак э - |
77«э = |
Ек - |
/к0 RK- £/к.э.н . |
(1.27) |
|||
Так как |
|
|
|
|
|
|
|
II |
|
S ' F |
I |
R S' |
/•’ |
> |
|
и |
к э.п Чч '-к> |
'КО 'Ѵк Ч , |
‘ - к |
|
|||
то амплитуда выходного импульса насыщенного ключа близка к э.д.с. источника Ек.
Как видно из соотношения (1.27), амплитуда выходного импульса снижается с ростом / к0, а следовательно, с ростом температуры. Для улучшения температурной стабильности ам плитуды выходного импульса уменьшают сопротивление на грузки RK. Однако при уменьшении RK увеличиваются токи коллектора насыщенного транзистора и мощность, потребляе мая резистором /?к в замкнутом состоянии ключа:
51
Найдем амплитуду входного импульса, который подается для изменения состояния ключа, т. е. для перехода транзисто ра из запертого состояния в насыщенное или наоборот.
Рассмотрим сначала схему рис. 1.10.
В открытом состоянии ключа, т. е. при подаче отрицатель ного входного импульса, ток базы равен разности двух токов — тока входного сигнала /11Х и тока источника смещения і,,,:
'& = *вх — Ісм •
Ток базы должен быть достаточным для перевода транзис тора в режим насыщения:
|
і(, — S/ß.n |
X |
Ь\ |
|
|
|
|
ß' |
Я,< |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Входной ток и ток смещения при Гвх <£ R 6 |
и |
Г вх С Ry |
мо |
|||
гут быть определены по формуле |
|
|
|
|
||
и п |
I»х//г |
|
Rö ■+ |
rг, |
t;6 |
|
Ry |
Ry |
|
~R6~ |
|||
Подставляя значения токов /<-„ |
гси |
в |
соотношения |
|||
(1.28) и решая |
получающееся уравнение относительно |
P BJm, |
||||
получим |
|
|
|
|
|
|
|
Uих т = Ry |
sRk I |
_R(> |
|
(1.29) |
|
|
Ж |
R l |
|
|||
|
|
|
|
|
||
Вторым членом в скобках иногда можно пренебречь, при этом получим
и а ^R y (і.:зо)
Рассмотрим теперь схему рис. 1.11,«. Эквивалентная схе ма этого ключа при подаче входного импульса изображена на рис. 1.21. Условием запирания транзистора является сле
дующее: иб.э > 0 .
Во входной цепи ключа протекают два тока — ток входно го источника
; - |
Е * |
R y \ -цR 6 |
и обратный ток запертого транзистора / к0, который протекает за счет коллекторного источника через параллельно соединен ные резисторы R! и R6.
52