Каким параметром характеризуются свойства транзистора

Транзистор – это электронное устройство, выполняющее функции полупроводника и имеющее не менее двух p-n переходов и не менее трёх выводов. Его основное предназначение – генерировать и преобразовывать электрические колебания.

Параметры транзисторов как основа для классификации

В основном транзисторы классифицируются по:

Мощностным показаниям:
Имеющие малую мощность;
Имеющие среднюю мощность;
Имеющие большую мощность.
Частотным показаниям:
Имеющие низкую частоту;
Имеющие среднюю частоту;
Имеющие высокую частоту;
Имеющие сверхвысокую частоту.
Использованному при изготовлении полупроводнику:
Германиевые;
Кремниевые.

Кроме выше обозначенных общих, существуют параметры транзисторов зависящие от того, к какому из двух основных типов относится отдельно взятая модель: полевому или биполярному. Приведённые разновидности отличаются тем, что в одной из них (биполярной) за транспортировку заряда отвечают как электроны, так и дырки, а в другой (полевой) – либо одно, либо другое. Данные параметры транзисторов определяют и сферу применения того или иного устройства. Цифровая техника в основном держится на применении полевых моделей, а аналоговая – биполярных.

Биполярный транзистор. Устройство и параметры.

Конструкция биполярного транзистора включает в себя:

Эмиттер;
Базу;
Коллектор.

Согласно типу электронной проводимости каждой из этих трёх составляющих образуется два подкласса биполярных транзисторов:

n-p-n
p-n-p

При этом основные рабочие параметры транзисторов этих подклассов отличаться не будут.

Прежде чем приступать к рассмотрению характеристик биполярных моделей, необходимо уточнить некоторые особенности их устройства. Ввиду того, что размер эммитер-базы и коллектор-базы не совпадают, менять их позиции просто перенастроив полярность подключений, не выйдет. Это позволяет отнести биполярный транзистор к числу асимметричных приборов. Работает он по вентильному принципу, когда управляющий ток малой силы на ЭБ (канал эммитер-база) влияет на течение тока большой силы на ЭК (канал эммитер-коллектор), и слабые изменения в показаниях первого вызывают значимые изменения в показаниях второго. Если рассматривать параметры транзисторов данного типа, то выявится ряд значимых показателей:

Сила коллекторного тока (Iко) при отсутствии сбоев и поломок превышает базовую силу тока (Iбаз) в определённое число раз. Это число не случайно. Оно является показательным параметром, носит название коэффициента усиления по току и кодируется как h21. Выяснить значение данного параметра возможно, если во время работы транзистора нагрузка на коллектор будет отсутствовать, а напряжение по направлению КЭ будет постоянным. В таких условиях отношение Iко/Iбаз даст нужный показатель. Он может составлять десятки или сотни единиц. Однако, это в теории. На практике закономерное уменьшение Iко снижает значение коэффициента.
Адекватно оценить параметры транзисторов без показаний по входному сопротивлению невозможно. Вычислить его достаточно просто – это результат отношения Uб.э. (напряжение по каналу база-эммитер) к Iбаз (значение базового управляющего тока). Значение выходного сопротивления обратно пропорционально Iбаз и прямо пропорциональна h21.
Следующий значимый параметр – коэффициент усиления по напряжению. Он вычисляется через отношение амплитудного, либо действующего показателя выходного напряжения и аналогичного входного (по каналу база-эммитер). Ввиду большой разницы U входного и выходного, значение коэффициента может равняться десяткам тысяч. Регулируя работу транзистора, необходимо помнить, что управляющие базовые сигналы различаются между собой по данному параметру.
Частотная характеристика. Она демонстрирует возможности транзистора к усилению сигнала, имеющего частоту близкую к граничной. Данный параметр важен потому, что с ростом входной частотности значение коэффициента усиления, напротив, падает. Это спровоцировано физической неспособностью транзистора к своевременному реагированию на перемену силы входящего сигнала и, соответственно, невозможностью его усилить. Подобная картина как раз соответствует достижению граничной частоты.

Кроме того, параметры транзисторов данного типа учитывают показания:

Обратного тока по каналу коллектор-эммитер;
Времени включения;
Максимально допустимого значения I.

Полевой транзистор. Устройство и параметры.

Схема такого транзистора, аналогично биполярному, подразумевает наличие трёх электродов:

Исток;
Затвор;
Сток.

Транзистор данного типа примечателен тем, что:

Сила тока входного электрода (затвора) весьма невелика. Это сказывается на возникновении высокого входного сопротивления для каждого каскада, что способствует устранению взаимовлияния схемных каскадов друг на друга.
Имеющаяся “шумность” такого транзистора весьма низка. Это даёт возможность применять данные устройства в конструкциях усилителей звуковых частот высокого класса для первого каскада.

Чтобы полноценно использовать все имеющиеся возможности, необходимо знать основные параметры транзисторов полевого типа:

Напряжение отсечки (Uотс).

Относится к числу наиболее значимых характеристик полевого транзистора. Если напряжение затвора уравнивается с напряжением отсечки, то это приводит к перекрытию канала полевого транзистора, а значит Iст (ток стока) в конце концов сравняется с нулевым значением.

Узнать точное значение Uотс – достаточно трудная задача, поскольку сила задействованных токов (Iст) весьма мала и изменяется под действием изоляционного сопротивления. Если описываются параметры транзисторов полевого типа, то обязательно обозначаются показания Iст, при которых производились замеры Uотс.

Крутизна проходной характеристики (S).

Ввиду незначительности Iвх, управление Iвых регулируется при помощи входного напряжения. Именно поэтому определение параметров транзисторов полевого типа как усилителей через крутизну проходной характеристики весьма актуально. Максимальная крутизна (Smax.) возможна при Uз.и. достигшем нулевого значения. Обычно S полевого транзистора на пару порядков ниже, чем у биполярного.

Крутизна характеристики относится к числу частотно- независимых параметров. Это говорит о том, что на скорость действия электронной схемы, включающей в себя полевые транзисторы, ограничивают лишь паразитирующие схемные параметры транзисторов.

Пробивное напряжение.

Пробой обычно обусловлен лавинными процессами на отрезке схемы затвор-канал. Зона пробоя расположена ближе к стоковому концу. Если объём рассеиваемой мощности не превосходит допустимого, то, при нормализации рабочего режима, полноценная эксплуатация транзистора вновь становится возможной.

Взаимозависимость между сопротивлением канала и значением сопротивления на затворе.

Показания по сопротивлению для канала полевого транзистора (rk0) выявляются при напряжении по каналу затвор-исток имеющем нулевое значение. При повышении уровня обратного напряжения затвора, происходит нелинейное увеличение уровня сопротивления канала. Чтобы приблизительно рассчитать rk0, необходимо вычислить отношение единицы к Smax.

Помимо этого принимаются во внимание следующие параметры транзисторов данного типа:

Значение максимального тока стока (Iст.max.);
Показания по напряжению по каналам: затвор-сток, сток-исток и затвор-исток;
Объём ёмкости: входной, проходной и выходной.

Параметры транзисторов и их связь с системой обозначений

Согласно классической (отчасти устаревшей) системе обозначений, кодировка транзистора включает в себя букву “П” и числовой компонент.

[google_font font=”Open Sans” size=”25″ weight=”400″ italic=”0″ letter_spacing=”” color=”#626262″ subset=””]Кодировка позволяет выявить на какой каскад радиоэлектронного прибора рассчитана та или иная модель транзистора. В тех случаях, когда вместо одной “П” написано “МП”, можно судить о том, что корпус элемента выполнен методом холодной сварки.[/google_font]

Что касается чисел, то они шифрую следующую информацию:

Для низкочастотных транзисторов (до 5 МГц):
1 – 100 – использован германий, мощность не превышает 0,25 ватт;
101 – 200 – использован кремний, мощность не превышает 0,25 ватт;
201 – 300 – использован германий, мощность больше 0,25 ватт;
301 – 400 – использован кремний, мощность больше 0,25 ватт.
Для высокочастотных транзисторов (более 5МГц):
401 – 500 – использован германий, мощность не превышает 0,25 ватт;
501- 600 – использован кремний, мощность не превышает 0,25 ватт;
601 – 700 – использован германий, мощность больше 0,25 ватт;
701 – 800 – использован кремний, мощность больше 0,25 ватт.

Обновлённая система кодировки включает в себя 5 частей и позволяет более полно отображать параметры транзисторов:

1-я часть кодирует полупроводниковый материал, использованный при изготовлении транзисторов, и схема шифрования здесь аналогична диодной;

2-я часть отвечает за обозначение типа транзистора: биполярный (Т) или полевой (П);

3-я часть – это число, демонстрирующее функциональность транзистора в отношении частотных свойств и значения допускаемого объёма рассеивания мощности;

4-я часть – это число двузначного формата до 99, демонстрирующее порядковый номер модели в ряду аналогичных разработок;

5-я часть – одна из литер алфавита, позволяет определить технологическую группу элемента.

Пишите комментарии, дополнения к статье, может я что-то пропустил. Загляните на карту сайта Электронщик, буду рад если вы найдете на моем сайте еще что-нибудь полезное. Делитесь информацией в соцсетях, ставьте лайки, если вам понравилось – это поможет развитию канала

Источник

Продолжаем разбирать все, что связано с транзисторами и сегодня у нас на очереди одна из наиболее часто используемых схем включения. А именно схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером (ОЭ)! Кроме того, на базе этой схемы мы рассмотрим основные параметры и характеристики биполярного транзистора. Тема важная и интересная, так что без лишних слов переходим к делу!

Название этой схемы во многом объясняет ее основную идею. Поскольку схема с общим эмиттером, то, собственно, эмиттер является общим электродом для входной и выходной цепей. Вот как выглядит схема с ОЭ для n-p-n транзистора:

А вот так – для p-n-p:

Давайте снова разбирать все процессы для случая с использованием n-p-n транзистора. Для p-n-p суть остается той же, меняется только полярность.

Входными величинами являются напряжение база-эмиттер (U_{бэ}) и ток базы (I_{б}), а выходными – напряжение коллектор-эмиттер (U_{кэ}) и ток коллектора (I_{к}). Обратите внимание, что в этих схемах у нас отсутствует нагрузка в цепи коллектора, поэтому все характеристики, которые мы далее рассмотрим носят название статических. Другими словами статические характеристики транзистора – это зависимости между напряжениями и токами на входе и выходе при отсутствии нагрузки.

Характеристики биполярного транзистора.

Выделяют несколько основных характеристик транзистора, которые позволяют понять, как он работает, и как его использовать для решения задач.

И первая на очереди – входная характеристика, которая представляет из себя зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при определенном значении напряжения коллектор-эмиттер:

I_{б} = f(U_{бэ}), medspace при medspace U_{кэ} = const

В документации на конкретный транзистор обычно указывают семейство входных характеристик (для разных значений U_{кэ}):

Входные характеристики биполярного транзистора.

Входная характеристика, в целом, очень похожа на прямую ветвь ВАХ диода. При U_{кэ} = 0 характеристика соответствует зависимости тока от напряжения для двух p-n переходов включенных параллельно (и смещенных в прямом направлении). При увеличении U_{кэ} ветвь будет смещаться вправо.

Переходим ко второй крайне важной характеристике биполярного транзистора – выходной! Выходная характеристика – это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы.

I_{к} = f(U_{кэ}), medspace при medspace I_{б} = const

Для нее также указывается семейство характеристик для разных значений тока базы:

Выходные характеристики биполярного транзистора.

Видим, что при небольших значениях U_{кэ} коллекторный ток увеличивается очень быстро, а при дальнейшем увеличении напряжения – изменение тока очень мало и фактически не зависит от U_{кэ} (зато пропорционально току базы). Эти участки соответствуют разным режимам работы транзистора.

Для наглядности можно изобразить эти режимы на семействе выходных характеристик:

Участок 1 соответствует активному режиму работы транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. Как вы помните, в данном режиме незначительный ток базы управляет током коллектора, имеющим бОльшую величину.

Для управления током базы мы увеличиваем напряжение U_{бэ}, что в соответствии со входными характеристиками приводит к увеличению тока базы. А это уже в соответствии с выходной характеристикой в активном режиме приводит к росту тока коллектора. Все взаимосвязано ????

Небольшое дополнение. На этом участке выходной характеристики ток коллектора все-таки незначительно зависит от напряжения U_{кэ} (возрастает с увеличением напряжения). Это связано с процессами, протекающими в биполярном транзисторе. А именно – при росте напряжения на коллекторном переходе его область расширяется, а соответственно, толщина слоя базы уменьшается. Чем меньше толщина базы, тем меньше вероятность рекомбинации носителей в ней. А это, в свою очередь, приводит к тому, что коэффициент передачи тока beta, несколько увеличивается. Это и приводит к увеличению тока коллектора, ведь:

I_к = beta I_б

Двигаемся дальше!

На участке 2 транзистор находится в режиме насыщения. При уменьшении U_{кэ} уменьшается и напряжение на коллекторном переходе U_{кб}. И при определенном значении U_{кэ} = U_{кэ medspace нас} напряжение на коллекторном переходе меняет знак и переход оказывается смещенным в прямом направлении. То есть в активном режиме у нас была такая картина – эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. В режиме же насыщения оба перехода смещены в прямом направлении.

В этом режиме основные носители заряда начинают двигаться из коллектора в базу – навстречу носителям заряда, которые двигаются из эмиттера в коллектор. Поэтому при дальнейшем уменьшении U_{кэ} ток коллектора уменьшается. Кроме того, в режиме насыщения транзистор теряет свои усилительные свойства, поскольку ток коллектора перестает зависеть от тока базы.

Режим насыщения часто используется в схемах ключей на транзисторе. В одной из следующих статей мы как раз займемся практическими расчетами реальных схем и там используем рассмотренные сегодня характеристики биполярного транзистора!

И, наконец, область 3, лежащая ниже кривой, соответствующей I_{б} = 0. Оба перехода смещены в обратном направлении, протекание тока через транзистор прекращается. Это так называемый режим отсечки.

Все параметры транзисторов довольно-таки сильно зависят как друг от друга, так и от температуры, поэтому в документации приводятся характеристики для разных значений. Вот, например, зависимость коэффициента усиления по току (в зарубежной документации обозначается как h_{FE}) от тока коллектора для биполярного транзистора BC847:

Каким параметром характеризуются свойства транзистора

Как видите, коэффициент усиления не просто зависит от тока коллектора, но и от температуры окружающей среды! Разным значениям температуры соответствуют разные кривые.

Основные параметры биполярных транзисторов.

Давайте теперь рассмотрим, какие существуют параметры биполярных транзисторов, и какие предельные значения они могут принимать.

I_{КБО} (I_{CBO}) – обратный ток коллектора – ток через коллекторный переход при определенном обратном напряжении на переходе коллектор-база и разомкнутой цепи эмиттера.

I_{ЭБО} (I_{EBO}) – обратный ток эмиттера – ток через эмиттерный переход при определенном обратном напряжении на переходе эмиттер-база и разомкнутом выводе коллектора.

I_{КЭО} (I_{CEO}) – аналогично, обратный ток коллектор-эмиттер – ток в цепи коллектор-эмиттер при определенном обратном напряжении коллектор-эмиттер и разомкнутом выводе базы.

U_{БЭ} (V_{BE}) – напряжение на переходе база-эмиттер при определенном напряжении коллектор-эмиттер и токе коллектора.

U_{КБ medspace проб} (V_{(BR) CBO}) – напряжение пробоя перехода коллектор-база при определенном обратном токе коллектора и разомкнутой цепи эмиттера. Например, для все того же BC847:

U_{ЭБ medspace проб} (V_{(BR) EBO}) – напряжение пробоя эмиттер-база при определенном обратном токе эмиттера и разомкнутой цепи коллектора.

U_{КЭ medspace проб} (V_{(BR) CES}) – напряжение пробоя коллектор-эмиттер при определенном прямом токе коллектора и разомкнутой цепи базы.

Напряжения насыщения коллектор-эмиттер и база-эмиттер – U_{КЭ medspace нас} (V_{CEsat}) и U_{БЭ medspace нас} (V_{BEsat}).

Конечно же, важнейший параметр – статический коэффициент передачи по току для схемы с общим эмиттером – h_{21э} (h_{FE}). Для этого параметра обычно приводится диапазон возможных значений, то есть минимальное и максимальное значения.

f_{гр} (f_{T}) – граничная частота коэффициента передачи тока транзистора для схемы с общим эмиттером. При использовании сигнала более высокой частоты транзистор не может быть использован в качестве усилительного элемента.

И еще один параметр, который следует отнести к важнейшим – I_{К} (I_{C}) – максимально допустимый постоянный ток коллектора.

И на этом заканчиваем нашу сегодняшнюю статью, большое спасибо за внимание! Подписывайтесь на обновления и не пропустите новые статьи ????

Источник

Обозначение биполярных транзисторов на схемах. Направление стрелки показывает направление тока через эмиттерный переход, и служит для идентификации n-p-n и p-n-p транзисторов. Наличие окружности символизирует транзистор в индивидуальном корпусе, отсутствие — транзистор в составе микросхемы.

Простейшая наглядная схема устройства транзистора

Биполя́рный транзи́стор — трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзисторов. В полупроводниковой структуре сформированы два p-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется носителями двух полярностей — электронами и дырками. Именно поэтому прибор получил название «биполярный» (от англ. bipolar), в отличие от полевого (униполярного) транзистора.

Применяется в электронных устройствах для усиления или генерации электрических колебаний, а также в качестве коммутирующего элемента (например, в схемах ТТЛ).

Устройство[править | править код]

Упрощённая схема поперечного разреза планарного биполярного n-p-n транзистора.

Биполярный транзистор состоит из трёх полупроводниковых слоёв с чередующимся типом примесной проводимости: эмиттера (обозначается «Э», англ. E), базы («Б», англ. B) и коллектора («К», англ. C). В зависимости от порядка чередования слоёв различают n-p-n (эмиттер — n-полупроводник, база — p-полупроводник, коллектор — n-полупроводник) и p-n-p транзисторы. К каждому из слоёв подключены проводящие невыпрямляющие контакты[1].

С точки зрения типов проводимостей эмиттерный и коллекторный слои не различимы, но при изготовлении они существенно различаются степенью легирования для улучшения электрических параметров прибора. Коллекторный слой легируется слабо, что повышает допустимое коллекторное напряжение. Эмиттерный слой — сильно легированный: величина пробойного обратного напряжения эмиттерного перехода не критична, так как обычно в электронных схемах транзисторы работают с прямосмещённым эмиттерным переходом. Кроме того, сильное легирование эмиттерного слоя обеспечивает лучшую инжекцию неосновных носителей в базовый слой, что увеличивает коэффициент передачи по току в схемах с общей базой. Слой базы легируется слабо, так как располагается между эмиттерным и коллекторным слоями и должен иметь большое электрическое сопротивление.

Общая площадь перехода база-эмиттер выполняется значительно меньше площади перехода коллектор-база, что увеличивает вероятность захвата неосновных носителей из базового слоя и улучшает коэффициент передачи. Так как в рабочем режиме переход коллектор-база обычно включён с обратным смещением, в нём выделяется основная доля тепла, рассеиваемого прибором, и повышение его площади способствует лучшему охлаждению кристалла. Поэтому на практике биполярный транзистор общего применения является несимметричным устройством (то есть инверсное включение, когда меняют местами эмиттер и коллектор, нецелесообразно).

Для повышения частотных параметров (быстродействия) толщину базового слоя делают меньше, так как этим, в том числе, определяется время «пролёта» (диффузии в бездрейфовых приборах) неосновных носителей. Но при снижении толщины базы снижается предельное коллекторное напряжение, поэтому толщину базового слоя выбирают исходя из разумного компромисса.

В первых транзисторах в качестве полупроводникового материала использовался металлический германий. Полупроводниковые приборы на его основе имеют ряд недостатков, и в настоящее время (2015 г.) биполярные транзисторы изготавливают в основном из монокристаллического кремния и монокристаллического арсенида галлия. Благодаря очень высокой подвижности носителей в арсениде галлия приборы на его основе обладают высоким быстродействием и используются в сверхбыстродействующих логических схемах и в схемах СВЧ-усилителей.

Принцип работы[править | править код]

В активном усилительном режиме работы транзистор включён так, что его эмиттерный переход смещён в прямом направлении[2] (открыт), а коллекторный переход смещён в обратном направлении (закрыт).

В транзисторе типа n-p-n[3] основные носители заряда в эмиттере (электроны) проходят через открытый переход эмиттер-база (инжектируются) в область базы. Часть этих электронов рекомбинирует с основными носителями заряда в базе (дырками). Однако, из-за того, что базу делают очень тонкой и сравнительно слабо легированной, бо́льшая часть электронов, инжектированных из эмиттера, диффундирует в область коллектора, так как время рекомбинации относительно велико[4]. Сильное электрическое поле обратносмещённого коллекторного перехода захватывает неосновные носители из базы (электроны) и переносит их в коллекторный слой. Ток коллектора, таким образом, практически равен току эмиттера, за исключением небольшой потери на рекомбинацию в базе, которая и образует ток базы (Iэ=Iб + Iк).

Коэффициент α, связывающий ток эмиттера и ток коллектора (Iк = α Iэ), называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Численное значение коэффициента α = 0,9—0,999. Чем больше коэффициент, тем эффективней транзистор передаёт ток. Этот коэффициент мало зависит от напряжения коллектор-база и база-эмиттер. Поэтому в широком диапазоне рабочих напряжений ток коллектора пропорционален току базы, коэффициент пропорциональности равен β = α/(1 − α), от 10 до 1000. Таким образом, малый ток базы управляет значительно бо́льшим током коллектора.

Режимы работы[править | править код]

Нормальный активный режим[править | править код]

Переход эмиттер-база включён в прямом направлении[2] (открыт), а переход коллектор-база — в обратном (закрыт):

UЭБ<0; UКБ>0 (для транзистора n-p-n типа), для транзистора p-n-p типа условие будет иметь вид UЭБ>0; UКБ<0.

Инверсный активный режим[править | править код]

Эмиттерный переход имеет обратное смещение, а коллекторный переход — прямое: UКБ<0; UЭБ>0 (для транзистора n-p-n типа).

Режим насыщения[править | править код]

Оба p-n перехода смещены в прямом направлении (оба открыты).
Если эмиттерный и коллекторный р-n-переходы подключить к внешним источникам в прямом направлении, транзистор будет находиться в режиме насыщения. Диффузионное электрическое поле эмиттерного и коллекторного переходов будет частично ослабляться электрическим полем, создаваемым внешними источниками Uэб и Uкб. В результате уменьшится потенциальный барьер, ограничивавший диффузию основных носителей заряда, и начнётся проникновение (инжекция) дырок из эмиттера и коллектора в базу, то есть через эмиттер и коллектор транзистора потекут токи, называемые токами насыщения эмиттера (IЭ. нас) и коллектора (IК. нас).

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер (UКЭ. нас) — это падение напряжения на открытом транзисторе (смысловой аналог RСИ. отк у полевых транзисторов). Аналогично напряжение насыщения база-эмиттер (UБЭ. нас) — это падение напряжения между базой и эмиттером на открытом транзисторе.

Режим отсечки[править | править код]

В данном режиме коллекторный p-n переход смещён в обратном направлении, а на эмиттерный переход может быть подано как обратное, так и прямое смещение, не превышающее порогового значения, при котором начинается эмиссия неосновных носителей заряда в область базы из эмиттера (для кремниевых транзисторов приблизительно 0,6—0,7 В).

Режим отсечки соответствует условию UЭБ<0,6—0,7 В, или IБ=0[5][6].

Барьерный режим[править | править код]

В данном режиме база транзистора по постоянному току соединена накоротко или через небольшой резистор с его коллектором, а в коллекторную или в эмиттерную цепь транзистора включается резистор, задающий ток через транзистор. В таком включении транзистор представляет собой своеобразный диод, включённый последовательно с токозадающим резистором.
Подобные схемы каскадов отличаются малым количеством комплектующих, хорошей развязкой по высокой частоте, большим рабочим диапазоном температур, нечувствительностью к параметрам транзисторов.

Схемы включения[править | править код]

Любая схема включения транзистора характеризуется двумя основными показателями:

Коэффициент усиления по току Iвых/Iвх.
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх.

Схема включения с общей базой[править | править код]

Схема включения с общей базой.

Среди всех трёх конфигураций обладает наименьшим входным и наибольшим выходным сопротивлением. Имеет коэффициент усиления по току, близкий к единице, и большой коэффициент усиления по напряжению. Не инвертирует фазу сигнала.
Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iэ = α [α<1].
Входное сопротивление Rвх = Uвх/Iвх = Uэб/Iэ.

Входное сопротивление (входной импеданс) усилительного каскада с общей базой мало зависит от тока эмиттера, при увеличении тока — снижается и не превышает единиц — сотен Ом для маломощных каскадов, так как входная цепь каскада при этом представляет собой открытый эмиттерный переход транзистора.

Достоинства

Хорошие температурные и широкий частотный диапазон, так как в этой схеме подавлен эффект Миллера.
Высокое допустимое коллекторное напряжение.

Недостатки

Малое усиление по току, равное α, так как α всегда немного менее 1
Малое входное сопротивление

Схема включения с общим эмиттером[править | править код]

Схема включения с общим эмиттером.
Iвых = Iк
Iвх = Iб
Uвх = Uбэ
Uвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iк/Iб = Iк/(Iэ-Iк) = α/(1-α) = β [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = Uбэ/Iб.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.
Большой коэффициент усиления по напряжению.
Наибольшее усиление мощности.
Можно обойтись одним источником питания.
Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Имеет меньшую температурную стабильность. Частотные свойства такого включения по сравнению со схемой с общей базой существенно хуже, что обусловлено эффектом Миллера.

Схема с общим коллектором[править | править код]

Схема включения с общим коллектором.
Iвых = Iэ
Iвх = Iб
Uвх = Uбк
Uвых = Uкэ.

Коэффициент усиления по току: Iвых/Iвх = Iэ/Iб = Iэ/(Iэ-Iк) = 1/(1-α) = β+1 [β>>1].
Входное сопротивление: Rвх = Uвх/Iвх = (Uбэ + Uкэ)/Iб.

Достоинства

Большое входное сопротивление.
Малое выходное сопротивление.

Недостатки

Коэффициент усиления по напряжению немного меньше 1.

Схему с таким включением часто называют «эмиттерным повторителем».

Основные параметры[править | править код]

Коэффициент передачи по току.
Входное сопротивление.
Выходная проводимость.
Обратный ток коллектор-эмиттер.
Время включения.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы.
Обратный ток коллектора.
Максимально допустимый ток.
Граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

Параметры транзистора делятся на собственные (первичные) и вторичные. Собственные параметры характеризуют свойства транзистора, независимо от схемы его включения. В качестве основных собственных параметров принимают:

коэффициент усиления по току α;
сопротивления эмиттера, коллектора и базы переменному току rэ, rк, rб, которые представляют собой:
- rэ — сумму сопротивлений эмиттерной области и эмиттерного перехода;
- rк — сумму сопротивлений коллекторной области и коллекторного перехода;
- rб — поперечное сопротивление базы.

Эквивалентная схема биполярного транзистора с использованием h-параметров.

Вторичные параметры различны для различных схем включения транзистора и, вследствие его нелинейности, справедливы только для низких частот и малых амплитуд сигналов. Для вторичных параметров предложено несколько систем параметров и соответствующих им эквивалентных схем. Основными считаются смешанные (гибридные) параметры, обозначаемые буквой «h».

Входное сопротивление — сопротивление транзистора входному переменному току при коротком замыкании на выходе. Изменение входного тока является результатом изменения входного напряжения, без влияния обратной связи от выходного напряжения.

h11 = Um1/Im1, при Um2 = 0.

Коэффициент обратной связи по напряжению показывает, какая доля выходного переменного напряжения передаётся на вход транзистора вследствие обратной связи в нём. Во входной цепи транзистора нет переменного тока, и изменение напряжения на входе происходит только в результате изменения выходного напряжения.

h12 = Um1/Um2, при Im1 = 0.

Коэффициент передачи тока (коэффициент усиления по току) показывает усиление переменного тока при нулевом сопротивлении нагрузки. Выходной ток зависит только от входного тока без влияния выходного напряжения.

h21 = Im2/Im1, при Um2 = 0.

Выходная проводимость — внутренняя проводимость для переменного тока между выходными зажимами. Выходной ток изменяется под влиянием выходного напряжения.

h22 = Im2/Um2, при Im1 = 0.

Зависимость между переменными токами и напряжениями транзистора выражается уравнениями:

Um1 = h11Im1 + h12Um2;
Im2 = h21Im1 + h22Um2.

В зависимости от схемы включения транзистора к цифровым индексам h-параметров добавляются буквы: «э» — для схемы ОЭ, «б» — для схемы ОБ, «к» — для схемы ОК.

Для схемы ОЭ: Im1 = Imб, Im2 = Imк, Um1 = Umб-э, Um2 = Umк-э. Например, для данной схемы:

h21э = Imк/Imб = β.

Для схемы ОБ: Im1 = Imэ, Im2 = Imк, Um1 = Umэ-б, Um2 = Umк-б.

Собственные параметры транзистора связаны с h-параметрами, например для схемы ОЭ:

;

С повышением частоты заметное влияние на работу транзистора начинает оказывать ёмкость коллекторного перехода Cк. Его реактивное сопротивление уменьшается, шунтируя нагрузку и, следовательно, уменьшая коэффициенты усиления α и β. Сопротивление эмиттерного перехода Cэ также снижается, однако он шунтируется малым сопротивлением перехода rэ и в большинстве случаев может не учитываться. Кроме того, при повышении частоты происходит дополнительное снижение коэффициента β в результате отставания фазы тока коллектора от фазы тока эмиттера, которое вызвано инерционностью процесса перемещения носителей через базу от эммитерного перехода к коллекторному и инерционностью процессов накопления и рассасывания заряда в базе.
Частоты, на которых происходит снижение коэффициентов α и β на 3 дБ, называются граничными частотами коэффициента передачи тока для схем ОБ и ОЭ соответственно.

В импульсном режиме ток коллектора изменяется с запаздыванием на время задержки τз относительно импульса входного тока, что вызвано конечным временем пробега носителей через базу. По мере накопления носителей в базе ток коллектора нарастает в течение длительности фронта τф. Временем включения транзистора называется τвкл = τз + τф.

Биполярный СВЧ-транзистор[править | править код]

Биполярные СВЧ-транзисторы (БТ