Работа транзистора c нагрузкой. Зависимость параметров транзистора от различных факторов.

В цепь транзистора (в эмиттерную или коллекторную) включается нагрузка. Наиболее простой случай, когда эта нагрузка активная. При наличии нагрузки напряжение U _кэ не остается постоянным:

                                          U _к = U _кэ + I _к R _к

Соотношение  показывает, что ток коллектора I _к зависит не только оттока базы, но и от напряжения U _кэ на коллекторном переходе.

                                          I _к = - U кэ                                                                              1)

Зависимость является линейной. Совмещение этой характеристики с выходной характеристикой позволяет построить зависимостьI_к(I_б). На выходной характеристике строится прямая АВ, представляющая собой I _к = f (U кэ) (ХХ).

Точка В соответствует U кэ=0. В этом случае I _к = . (КЗ).

Точка А соответствует I _к =0. В этом случае U _к = U _кэ. Прямая АВ называется нагрузочной прямой. По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками можно построить зависимость I _к = f (I _б), позволяющую произвести соответствующий расчет. Эта линия называется динамической переходной характеристикой.

Положение точки В линии нагрузки зависит от R _к. При R _к =0, I _к = . Линия проходит вертикально из точки А. В этом случае динамическая переходная характеристика пройдет выше построенной и будет называться статической переходной характеристикой (U кэ не меняется).

При R _к = I _к = , т.е. при увеличении R _к наклон прямой уменьшается, уменьшается и максимальное значение I _к.

Рабочая точка выбирается на нагрузочной прямой. Возможны три основные области работы транзистора.

Участок М N -- активная область. Все линейные усилительные схемы работают в этой области. Транзистор работает при прямом смещении на эмиттерном и обратном смещении на коллекторном переходах. Для малого сигнала дифференциальный коэффициент усиления тока

                                           β= ,

соответствующий наклону динамической переходной характеристики в рабочей точке. Для большого сигнала интегральный коэффициент усиления тока

                                           В≈ ,

соответствующий наклону прямой, проходящей через рабочую точку и начало координат.

Область отсечки —область, лежащая ниже линии I _б = 0, т.е. базовый ток I _б должен быть отрицательным. В этом случае оба перехода транзистора работают при обратном смещении. Обратный ток коллекторного перехода скомпенсирован отрицательным напряжением на базе. Транзистор заперт. В кремниевых транзисторах этот ток практически равен нулю. Поэтому линия I _б = 0 проходит по оси координат. Транзисторы запираются при I _б = 0.

Область насыщения— характеризуется прямым смещением обоих переходов транзистора. Это состояние возникает при увеличении тока базы выше прямой ОМ. Ток базы в точке М называется критическим. Для насыщения используют ток базы в К раз больший критического. К называется коэффициентом насыщения. Обычно К =1.5…3.

Области отсечки и насыщения широко используются в импульсной технике, в том числе и в микросхемах. Режимы называют ключевыми. Важными параметрами ключевого режима является время нарастания тока коллектора и время рассасывания носителей заряда.

В связи с трудностью определения внутренних параметров транзистора (сопротивления эмиттера, базы, коллектора) пользуются системой h-параметров, возникающих из схемы замещения транзистора четырехполюсником.

U _вх = h ₁₁ I _вх + h ₁₂ U _вых

I _вых = h ₂₁ I _вх + h ₂₂ U _вых

h ₁₁ =  при U _вых =0, входное сопротивление (Ом).

h ₁₂ = при I _вх =0, коэффициент обратной связи по напряжению.

h ₂₁ =  при U _вых = 0, коэффициент прямой передачи по току.

                                                      h ₂₂ = при I _вх = 0, выходная проводимость (Ом^-1,сименс).

h -параметры называются малосигнальными параметрами, так как они справедливы при малых уровнях сигнала. Малосигнальные параметры однозначно определяются в конкретных точках статической характеристики. Например, входное сопротивление h ₁₁ определяется наклоном входной характеристики. h₁₁иh₂₁ можно определить при коротком замыкании выходной цепи. Входные и выходные величины представляются в виде приращений.

Сопротивления коллектора и эмиттера почти не зависят от приложенного напряжения, но обратно пропорциональны протекающим токам.

Наиболее заметно непостоянство коэффициента усиленияβ= , величина которого зависит от многих факторов (от напряжения на коллекторе. тока эмиттера, температуры) Из-за трудностей учета этих влияний в справочниках приводятся экспериментальные данные β(Т), β(I_э)  и др..

С повышением частоты начинают сказываться влияния емкостей, а также конечное время перемещения носителей. Для мощных транзисторов частота снижается до 100…200 кГц. Германиевые транзисторы способны работать при более высоких частотах.

Максимальная мощность транзистора определяется максимальной мощностью рассеяния на коллекторе: маломощные (до 300 мВт), средней мощности (0, 3…5 Вт), большой мощности (свыше 5 Вт). Большая площадь коллекторного перехода. Радиаторы (увеличивают теплоотвод в 5…10 раз).

Силовые низкочастотные транзисторы (I_{к max} =40А, перспектива до400А; U_кб = 400В). Планарная технология (можно на одной подложке изготовить до 1000 шт.с минимальным разбросом параметров). Удобство монтажа, высокая механическая прочность, изоляция кристалла от внешних воздействий.