Таким образом современная система обозначений позволяет по наименованию типа получить значительный объём информации о свойствах транзистора

Примеры обозначений:

ГТ101А—германиевый биполярный маломощный низкочастотный транзистор, номер разработки 1, группа А.

2Т399А—кремниевый биполярный маломощный СВЧ, номер разработки 99, группа А.

Цифробуквенное обозначение не указывает, какую проводимость имеет транзистор. Проводимость указывается в условных графических обозначениях (УГО):

коллектор

база Биполярный транзистор типа p-n-p проводимости

эмиттер

коллектор

база Биполярный транзистор типа n-p-n проводимости

эмиттер

Транзистор в большинстве электрических схем используется как четырехполюсник. Поскольку транзистор имеет три электрода, то один из них является общим для входной и выходной цепей. Различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ); с общим эмиттером (ОЭ); с общим коллектором (ОК). На рис.3.1 показаны полярности напряжений между электродами и направления токов, соответствующие активному режиму в указанных схемах включения транзистора p-n-p. Для каждой схемы включения транзистор имеет свои параметры и характеристики.

В активном режиме, когда эмиттерный переход смещён в прямом направлении, а коллекторный – в обратном, протекание токов базы приводит к инжекции зарядов из области эмиттера. За счёт малых токов базы в её объёме создаётся большая концентрация носителей эмиттера – неосновных носителей в области базы. За счёт значительного электрического поля коллекторно-базового перехода большая часть носителей переходит в область коллектора, создавая коллекторный ток. Таким образом, ток эмиттера распределяется в цепь базы и в цепь коллектора.

I_э = I_к + I_б, I_к >> I_б

Количественно это оценивают коэффициентом передачи тока эмиттера в цепь коллектора - α, и коэффициентом инжекции базовой области – β:

; .

Количественные величины коэффициентов связаны между собой соотношениями

; .

Согласно физическим свойствам p-n переходов, управляемая проводимость между электродами транзистора при возбуждении напряжениями будет в том случае, когда потенциалы между электродами распределятся так, как показано на рис. 1

p-n-p проводимости n-p-n проводимости

Транзистор представляет собой активный (способный преобразовывать энергию источника сигнала) нелинейный четырехполюсник. В линейном режиме при усилении малых сигналов, когда на постоянные составляющие токов и напряжений накладываются малые переменные сигналы ∆ί и ∆u, связи между малыми приращениями практически линейны. Поэтому можно

использовать классический метод анализа четырёхполюсника, представив схему замещения транзистора.

Зададим приращения токов и напряжений в виде малых гармонических колебаний. Тогда входные и выходные значения тока и напряжения можно записать в виде системы линейных уравнений:

U_бэ = h₁₁ I_б + h₁₂ U_кэ

I_к = h₂₁ I_б + h₂₂ U_кэ

Физический смысл и наименование h-параметров определяется в режиме короткого замыкания на входе либо при разомкнутом выходе для малой переменной составляющей тока:

h₁₁ = , при U_кэ= 0 входное сопротивление транзистора;

h₁₂ = , при I_б = 0 коэффициент обратной связи по напряжению;

h₂₁ = , при U_кэ= 0 дифференциальный коэффициент передачи тока;

h₂₂ = , при I_б = 0 выходная проводимость транзистора.

Международные организации стандартов для обозначения параметров транзисторов рекомендуют применять h параметры. Для обозначения h параметров конкретной схемы включения транзистора добавляется индекс включения транзистора. Например: коэффициент передачи тока в схеме ОЭ – β=h_21э; коэффициент передачи тока в схеме ОБ – α=h_21б; входное сопротивление в схеме с ОБ – R_вхб = h_11б; выходная проводимость в схеме ОЭ –Y= = h_22э.

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В СХЕМЕ С ОБ.

На рис.3а представлена схема снятия вольтамперных характеристик транзистора p-n-p с общей базой, а на рис 3б – для транзисторов n-p-n.

Входная характеристика в схеме с ОБ является зависимость вида:

I_э = ¦(U_эб)│_Uкб=const

Семейство входных характеристик приведено на рис. 4.а. Увеличение эмиттерного тока при изменении напряжения на коллекторе от 0 до 10В отражается смещением входной характеристики в сторону меньших напряжений. Режиму отсечки формально соответствует обратное смещение на эмиттере, но фактически эмиттерный переход остается закрытым при прямых напряжениях, не достигающих порогового напряжения.

Выходная зависимость транзистора с ОБ представляет зависимость вида:

I_к = ¦(U_кб)│­_{Iэ = const}

Семейство выходных характеристик представлено на рис.4 б. Выражение для идеальной выходной характеристики имеет вид: I_k = aI_э + I_эо. В соответствии с этим выражением ток коллектора определяется только током эмиттера и не зависит от коллекторного напряжения. В активном режиме характеристики практически эквидистантны (расположены на одинаковом расстоянии друг от друга). При отсутствии эмиттерного тока в выходной цепи протекает тепловой неуправляемый ток I_эо.

СТАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В СХЕМЕ С ОЭ.

На рис.5а представлена схема снятия вольтамперных характеристик с общим эмиттером для транзисторов p-n-p, а на рис 5б – для транзисторов n-p-n.

Входная характеристика представляет зависимость вида:

I_б = ¦(U_бэ)│_Uкэ=const

Семейство характеристик представлено на рис.6. Также, как в схеме с ОБ входная характеристика (рис.6а) имеет вид характерный для р-n перехода. Рост тока базы при повышении отпирающего напряжения на базе связан с увеличением инжекции электронов в базу и последующим ростом рекомбинационного тока. Снижение тока базы при увеличении коллекторного напряжения объясняется с ужением базы и уменьшением рекомбинационного тока, при этом график ВАХ смещается в область больших напряжений.

Выходная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

I_к = ¦(U_кэ)│ _{Iб = const}

Семейство выходных характеристик представлено на рис.6 б. Выходное напряжение U_кэ распределяется между эмиттерным и коллекторным переходами. При U_кэ<U_кэ0 транзистор находится в режиме насыщения. В этом режиме ток коллектора пропорционально зависит от коллекторного напряжения В режиме насыщения все характеристики сливаются в одну линию, то есть ток коллектора не зависит от тока базы. Эту линию называют линией критического режима. При токе I_б = 0 в коллекторной цепи протекает сквозной неуправляемый ток – это ток теплового режима I_кэо = b∙ I_кбо. Этот режим называют режимом отсечки. Увеличение теплового тока в b раз по сравнению со схемой с ОБ объясняется несколько приоткрытым базо-эмиттерным переходом.. При увеличении коллекторного напряжения U_кэ> U_бэ0*b транзистор переходит в усилительный (активный) режим. Ток коллектора пропорционально зависит от тока базы. В усилительном режиме имеет место мало заметный рост коллекторного тока с увеличении U_кэ при постоянном токе базы. Этот рост выражен сильнее, чем в схеме с ОБ, так как коэффициент b в большей степени зависим от U_кэ,, I_б, и I_к чем коэффициент a. Поэтому, также отсутствует эквидистантность характеристик (равно удаленность друг от друга).

Порядок определения h-параметров по реальным характеристикам:

1 - на характеристиках отмечают положение рабочей точки;

2- относительно рабочей точки определяют приращения токов и напряжений.

3 - параметры h₁₁ и h₁₂ находят по входным характеристикам, представленных на рис.8 а,б.

Рис. 8.

h_11Э = - приращения базового тока и напряжения находят согласно масштабу на координатных осях относительно рабочей точки в пределах линейного участка графика;

h_12Э = - приращение ∆U_БЭ находят как расстояние между графиками по горизонтали, а ∆U_КЭ - как разность констант коллекторных напряжений, соответствующих характеристик.

4 - параметры h₂₁ и h₂₂ находят по выходным характеристикам (рис. 9 а, б).

h₂₁ = – приращение ∆I_К находят как расстояние по вертикали между графиками, а ∆I_Б – как разность соответствующих констант (I_б2 – I_б1);

h₂₂ = приращения коллекторного тока и напряжения находят согласно масштабу на координатных осях на линейном участке графика относительно рабочей точки.

ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА И ИХ ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ЗНАЧЕНИЯ

1. Коэффициенты передачи эмиттерного и базового тока

h_21Э = |_{Uкэ =const} (>>10); h_21Б = |_{Uкб =const} (< 1@1).

2. Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода (единицы – десятки Ом) r_{э диф} = | _{Uкэ =const}.

3. Обратный ток коллекторного перехода при заданном обратном напряжении (несколько наноампер – десятки миллиампер)

I_кбо = I_к|_Iэ=0 при обратном смещении коллекторного перехода

4. Объемное сопротивление базы r_б' (десятки – сотни Ом).

5. Коэффициенты внутренней обратной связи по напряжению h_12б и h_12Э (10^-3 – 10^-4).

6. Выходная проводимость h₂₂ (от долей до сотен мкСм);

r_{к диф} = | _{Iб =const}; r_{к диф} = | _{Iб =const}.

7. Максимально допустимый ток коллектора I_{к max} (сотни миллиампер - десятки ампер).

8. Наибольшая мощность рассеяния коллектором Р_{к max} (милливатты – десятки ватт).

9. Емкость коллекторного перехода С_к (единицы – десятки пикофарад).

10. Тепловое сопротивление между коллектором транзистора и корпусом

R_т = ,

где ∆Т- перепад температур между коллекторным переходом и корпусом.

11. Предельная частота коэффициента передачи тока ¦_h21 на которой коэффициент h_21Э уменьшается до уровня 0,7 от своего статического уровня (единицы килогерц – сотни мегагерц).

¦_гр – граничная частота передачи тока в схеме с общим эмиттером; На некоторые транзисторы в справочнике не даются значения ¦_гр , а приводятся значения модуля | b | на измеренной частоте ¦_{измерения}, или постоянная времени цепи коллектора t_b= (r_кС_к). В этих случаях ¦_гр определяется по формулам 1) ¦_гр = | b | * ¦_{иземерения}; 2) ¦_гр =

12. Максимальная частота генерации ¦_max - это максимальная частота, при которой транзистор может работать в схеме автогенератора.

Значения большинства параметров транзисторов зависит от рабочего режима и температуры, причём с увеличением температуры зависимость параметров от режима сказывается более сильно.. В справочнике, как правило, приводятся типовые (усреднённые) параметры и зависимости.

Разброс параметров транзисторов и их изменения во времени и от внешних условий при конструировании схем могут быть учтены расчётными методами или экспериментально – методом граничных испытаний.

В справочнике для большинства биполярных транзисторов не приводятся вольтамперные характеристики (ВАХ) ввиду их однотипности и взаимозаменяемости при построения схем по приводимым данным.