Пояснения к изучаемым вопросам. Этот самый большой по объёму раздел охватывает полное описание биполярного

 

Этот самый большой по объёму раздел охватывает полное описание биполярного транзистора от физических принципов его работы до эффектов, проявляющихся на высокой частоте и в импульсном режиме.

           Протекание токов через переходы и базовую область транзистора, их природа и механизм движения носителей объясняются с привлечением понятий коэффициента инжекции , коэффициента переноса через базу , коэффициента переноса через коллекторный переход . Важнейший параметр биполярного транзистора - коэффициент передачи эмиттерного тока - учитывает влияние всех этих физических процессов и определяется произведением указанных коэффициентов. Действие транзистора можно представить в виде суммарного взаимного действия эмиттерного и коллекторного переходов. Используя для описания каждого перехода уравнение (1), можно выразить характеристики биполярного транзистора в форме, предложенной Эберсом и Моллом [1, с. 81-85]:

 

                                              (2)

где  и  - обратные тепловые токи насыщения эмиттерного и коллекторного переходов транзистора, и - напряжения на этих переходах,  и   инверсный и нормальный коэффициенты передачи тока транзистора.

Уравнение (2) представляет собой описание нелинейной математической модели идеального (без паразитных элементов) биполярного транзистора. Эта модель позволяет анализировать статические свойства прибора при любых режимах и любых уровнях входного сигнала. Добавление к нелинейной модели ёмкостей переходов и паразитного сопротивления базы делает пригодной также для расчета динамических свойств транзистора. Относительно сложный вид модели Эберса-Молла не является препятствием при использовании для вычислений современной цифровой техникой.

Обычно статические характеристики бывают заданы в виде графиков, взятых из справочника или снятых экспериментально. В этом случае расчет биполярного транзистора проводится при помощи графо-аналитической процедуры. Подробно об этом сказано в указаниях к выполнению контрольной работы.

Приведенные выше уравнения могут быть основой для рассмотрения влияния температуры на статические характеристики биполярного транзистора для любых режимов. Для расчета биполярного транзистора при малых электрических сигналах целесообразно пользоваться линейной эквивалентной схемой. На низкой частоте эту схему лучше всего представить с помощью h -параметров прибора. При переходе к рассмотрению работы биполярного транзистора на высокой частоте следует обратить внимание на особенность современных приборов, имеющих базу с неравномерным распределением примесей (дрейфовые транзисторы) [1, с. 118]. При убывании её концентрации от эмиттера к коллектору в базовой области возникает заметное электрическое поле, ускоряющее движение инжектированных носителей. В результате основную часть пути в базе неосновные носители проходят, дрейфуя в электрическом поле. Статические характеристики транзистора при этом почти не изменяются (несколько возрастают входное сопротивление и коэффициент передачи тока). Однако граничная частота прибора увеличивается в несколько раз.

           Анализ работы транзистора на высокой частоте лучше проводить с помощью физической схемы замещения, параметры которой моделируют физические процессы переноса зарядов в приборе и процесс заряда ёмкостей переходов через распределенное сопротивление базы [1, с. 104-118]. Подробнее об этом сказано в методических указаниях по выполнению контрольной работы. Материал раздела полностью изложен во всех рекомендательных пособиях.

Биполярный транзистор можно использовать в электронных устройствах в качестве ключа - элемента, функция которого состоит в замыкании и размыкании электрической цепи. Имея малое сопротивление во включенном состоянии и большое - в выключенном, биполярный транзистор является одним из наиболее распространенных электронных ключей.

Обычно схема транзисторного ключа представляет собой каскад с общим эмиттером, на вход которого поступают управляющие импульсы. Под действием этих импульсов выходная цепь транзистора или проводит ток (ключ открыт), или не проводит тока (ключ закрыт).

Все физические свойства электронного ключа можно рассмотреть при получении характеристик прибора вместе с линией нагрузки. Этот материал является содержанием задачи 3 контрольной работы. Переходные процессы при переключении транзистора имеют важную особенность, связанную с накоплением заряда в базовой области прибора в режиме насыщения. Уменьшение этого эффекта существенно улучшает быстродействие транзисторных ключей.

Для самостоятельной проработки раздела можно рекомендовать [1, с. 119-129]. Наглядно и доступно изложена физическая сущность процессов включения и выключения транзистора в [2 и 3].

Контрольные вопросы

 

1. Как зависят от удельной электрической проводимости областей транзистора коэффициент инжекции, коэффициент переноса, коэффициент умножения в коллекторном переходе?

2. Как зависит от рабочего режима транзистора (напряжения и тока коллектора) коэффициент передачи тока h_21Э?

3. За счет чего происходит усиление по мощности входного сигнала в схеме включения биполярного транзистора с общей базой?

4. Какие составляющие имеет ток базы биполярного транзистора?

Как отличаются статические характеристики транзистора для схемы включения с общей базой и общим эмиттером?

6. Как проявляется влияние температуры на статические характеристики германиевых и кремниевых транзисторов?

7. Какой вид имеет эквивалентная схема биполярного транзистора для малого переменного сигнала низкой частоты?

8. Как определяются h -параметры транзистора по его статическим характеристикам?

9. Какие физические процессы уменьшают усиление в биполярном транзисторе сигналов высокой частоты?

10. Почему частотная характеристика коэффициента передачи тока у транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, хуже, чем у транзистора, включенного по схеме с общей базой?

11. Какой вид имеет эквивалентная схема биполярного транзистора для малого переменного сигнала высокой частоты?

12. Какие можно рекомендовать способы улучшения частотных свойств биполярного транзистора?

13. Чем объясняется широкое применение биполярных транзисторов в качестве электронных ключей?

Тиристоры

 

Основные вопросы, подлежащие изучению

 

• Принцип работы управляемого и неуправляемого тиристоров.

• Вольт-амперная характеристика тиристора.

• Параметры прибора, особенности применения.