Принцип дії і режими роботи біполярного транзистора - Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника курсовая работа

Главная

Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Принцип дії і режими роботи біполярного транзистора

Будова біполярного транзистора, принцип його дії, класифікація, режими (активний, відсічення, насичення, інверсний й ключа), статичні і диференціальні характеристики. Схеми включення БТ з базою, емітером і колектором. Розрахунок електричних ланцюгів з БТ.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Київський інститут бізнесу і технологій
на тему: «Принцип дії і режими роботи біполярного транзистора»
Розділ 1. Загальні відомості про біполярні транзистори
Бiполярний транзистор -- це напівпровідниковий елемент електронної техніки, який дозволяє керувати струмом, що протікає через нього, за допомогою прикладеної до додаткового електрода напруги.
Транзистори є основними елементами сучасної електроніки. Зазвичай вони застосовуються в підсилювачах і логічних електронних схемах.
У мікросхемах в єдиний функціональний блок об'єднані тисячі й мільйони окремих транзисторів.
Найбільш поширені транзистори з двома n-p-переходами, звані біполярними, оскільки їх робота заснована на використанні носіїв заряду обох знаків.
Перші транзистори були точковими, але вони працювали недостатньо стійко. В даний час виготовляються і застосовуються виключно площинні транзистори.
Рис.1.1 - Поперечний розріз транзистора
Перед створенням бази напівпровідник покривають фоторезистом і задопомогою літографії звільняють вікно для легування акцепторами. Атоми акцептора дифундують в глибину напівпровідника, створюючи область із доволі високою концентрацією - 10 17 -10 18 см ?3 .
На третьому етапі знову створюється вікно для легування донорами й утворюють емітер із ще вищою концентрацією домішок, необхідною для того, щоб спочатку компенсувати акцептори, а потім створити напівпровідник n-типу.
Відношення домішок у емітері й у базі повинно бути якомога більшим для забезпечення гарних характеристик транзистора.
Ще кращих характеристик можна досягти, якщо перехід між базою й емітером зробити гетеропереходом, у якому емітер має набагато більшу ширину забороненої зони, хоча це і збільшує собівартість транзистора. В такому випадку на поверхню бази через вікно напилюється інша речовина.
Транзистори малої потужності (максимальна потужність, що розсіюється транзистором не більше 0,3 Вт):
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою не більше 3 МГц
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою понад 3 МГц, але не більше 30 МГц
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою понад 30 МГц
Транзистори середньої потужності (максимальна потужність, що розсіюється транзистором понад 0,3 Вт, але не більше 1,5 Вт):
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою не більше 3 МГц
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою понад 3 МГц, але не перевищує 30 МГц
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою понад 30 МГц
Транзистори великої потужності (максимальна потужність, що розсіюється транзистором понад 1,5 Вт):
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою не більше 3 МГц
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою понад 3 МГц, але не перевищує 30 МГц
· з граничною частотою коефіцієнта передачі струму чи максимальною робочою частотою понад 30 МГц
Рис. 1.3 - Принцип дії біполярного транзистора (р-n-р-типу)
Зовнішні напруги двох джерел живлення ЕЕ і Ек підключають до транзистора таким чином, щоб забезпечувався зсув емітерного переходу П1 в прямому напрямку (пряма напруга), а колекторного переходу П2 - у зворотному напрямку (зворотна напруга).
Якщо до колекторному переході докладена зворотна напруга, а ланцюг емітера розімкнений, то в ланцюзі колектора протікає невеличкий зворотний струм Ікс (одиниці мікроампер). Цей струм виникає під дією зворотної напруги і створюється спрямованим переміщенням неосновних носіїв заряду дірок бази і електронів колектора через колекторний перехід. Зворотний струм по колу: + Ек, база-колектор, - Ек. Величина зворотного струму колектора не залежить від напруги на колекторі, але залежить від температури напівпровідника.
При включенні в ланцюг емітера постійної напруги ЕЕ в прямому напрямку потенційний бар'єр емітерного переходу знижується. Починається інжектування (впорскування) дірок в базу.
Зовнішня напруга, прикладена до транзистора, виявляється прикладеним в основному до переходів П1 і П2, тому що вони мають великий опір в порівнянні з опором базової, емітерної і колекторної областей. Тому інжектовані в базу дірки переміщуються в ній за допомогою дифузії. При цьому дірки рекомбінують з електронами бази.
Оскільки концентрація носіїв у базі значно менше, ніж у емітера, то рекомбінують дуже небагато дірки. При малій товщині бази майже всі дірки будуть доходити до колекторного переходу П2. На місце рекомбінованих електронів в базу надходять електрони від джерела живлення Ек. Дірки, рекомбіновані з електронами в базі, створюють струм бази IБ. Під дією зворотної напруги Ек потенційний бар'єр колекторного переходу підвищується, товщина переходу П2 збільшується. Але потенційний бар'єр колекторного переходу не створює перешкоди для проходження через нього дірок. Що увійшли в область колекторного переходу дірки потрапляють в сильне прискорююче поле, створене на переході колекторною напругою, і екстрагуються (втягуються) колектором, створюючи колекторний струм Ік. Колекторний струм по колу: + Ек, база-колектор,-Ек.
Таким чином, в транзисторі протікає три струми: струм емітера, колектора і бази.У проводі, що є висновком бази, струми емітера і колектора спрямовані зустрічно.
Отже, струм бази дорівнює різниці струмів емітера і колектора:
Фізичні процесивтранзисторі типу n-р-n протікають аналогічно процессамв транзисторі типу р-n-р.
Повний струм емітера IЕ визначається кількістю інжектованих емітером основних носіїв заряду.
Основна частина цих носіїв заряду досягаючи колектора, створює колекторний струм Ік.
Незначна частина інжектованих в базу носіїв заряду рекомбінуються в базі, створюючи струм бази IБ.
Отже, струм емітера розділяться на струми бази і колектора, тобто
Струм емітера є вхідним струмом, струм колектора - вихідним.
Вихідний струм складає частину вхідного, тобто
де a-коефіцієнт передачі струму для схеми ПРО;
Оскільки вихідний струм менше вхідного, то коефіцієнт a <1. Він показує, яка частина інжектованих в базу носіїв заряду досягає колектора. Зазвичай величина a складає 0,95 ? 0,995.
У схемі з загальним емітером вихідним струмом є струм колектора, а вхідним - струм бази. Коефіцієнт посилення по струму для схеми ЗЕ:
Отже, коефіцієнт посилення по струму для схеми ОЕ становить десятки одиниць.
Вихідний струм транзистора залежить від вхідного струму. Тому транзистор-прилад, керований струмом.
Зміни струму емітера, викликані зміною напруги емітерного переходу, повністю передаються у колекторний ланцюг, викликаючи зміну струму колектора. А тому напруга джерела колекторного живлення Ек значно більше, ніж емітерного Ее, то і потужність, споживана в ланцюзі колектора Рк, буде значно більше потужності в ланцюзі емітера Ре. Таким чином, забезпечується можливість управління великою потужністю в колекторному ланцюзі транзистора малою потужністю, що витрачається в емітерному ланцюзі, тобто має місце посилення потужності.
Розділ 2. Схеми включення біполярних транзисторів
В електричне коло транзистор включають таким чином, що один з його висновків (електрод) є вхідним, другий - вихідним, третій - спільним для вхідних і вихідних ланцюгів.
У залежності від того, який електрод є загальним, розрізняють три схеми включення транзисторів: ПРО, ЗЕ і ЗК. Ці схеми для транзистора типу р-n-р наведено на рис. (2.1).
Для транзистора n-р-n в схемах включення змінюються лише полярності напруг і напрям струмів.
При будь-якій схемі включення транзистора (в активному режимі) полярність включення джерел живлення повина бути обрана так, щоб емітерний перехід був включений в прямому напрямку, а колекторний - у зворотному.
Рис. 2.1 - Схема включення БТ з загальною базою (ЗБ)
Рис. 2.2 - Схема включення БТ із загальним емітером (ЗЕ)
Рис. 2.3 - Схема включення БТ з загальним колектором (ЗК)
Біполярні транзистори містять два взаємодіючих електронно-діркових переходи. Залежно від їхнього стану розрізняють чотири режими: активний (лінійне посилення сигналів), режим відсічення, насичення й інверсний.
В активному режимі на емітерний перехід для забезпечення інжекції носіїв заряду в базу подається пряма напруга U бе , а на колекторний перехід, що здійснює екстракцію носіїв заряду - зворотна напруга U кб .
Таким чином емітерний перехід знаходиться у відкритому стані, а колекторний у закритому.
Транзистор є керованим приладом, його колекторний струм залежить від струму бази та емітера.
Ступінь впливу вхідного ланцюга транзистора (емітерного - у схемі з загальною базою (ЗБ) і базового - у схемі з загальним емітером (ЗЕ)) оцінюють за допомогою статичних параметрів: коефіцієнта передачі струму емітера або і коефіцієнта передачі струму бази .
Керована складового струму колектора в схемі з загальною базою (рисунок 2.2) дорівнює:
А в схемі з загальним емітером (рисунок 2.2)
Враховуючи вище наведені рівняння можна записати:
Рівняння (1.1-1.4) є основними рівняннями, що описують роботу біполярного транзистора у активному режимі, в якому БТ розглядається як лінійний прилад. Величини коефіцієнтів для реальних БТ становлять: , а наближується до 1, але завжди .
У режимі насичення відкриті обидва переходи. Колекторний перехід уже не здійснює повної екстракції носіїв з бази, що приводить до їх накопичення в базі й інтенсивній рекомбінації.
У режимі насичення струм бази може виявитися порівнянним зі струмом емітера. Транзистор повністю відкритий й проявляє себе як нелінійний елемент.
У режимі відсічення обидва переходи закриті. Через них проходять струми, обумовлені процесами теплової генерації носіїв заряду в обсязі напівпровідника, областях об'ємного заряду і на контактах, що не випрямляють, а також витоками. вважається, що транзистор закритий й працює у нелінійному режимі.
В інверсному режимі емітерний перехід закритий, а колекторний - відкритий.
Струм колектора визначається значенням прямої напруги U кб . Цей режим аналогічний до активного, але характеризується значно гіршими властивостями до підсилювання. Використовується рідко.
Як основні характеристики БТ використовують: вхідні (зв'язують струм і напругу на вході); вихідні (зв'язують струм і напругу на виході); характеристики передачі (зв'язують струми або напруги на виході зі струмами або напругами на вході); характеристики зворотного зв'язку (зв'язують напруги або струми на вході зі струмами або напругами на виході).
Для схеми з ЗЕ вхідні характеристики визначаються залежністю при (рис. 2.4,а). У кремнієвих транзисторів вони зміщені від нуля у бік прямих напруг. Як і в кремнієвих діодах, зсув дорівнює 0,6...0,7В.
Рис. 2.4. Статичні характеристики біполярного транзистора в схемі з ЗЕ: а) вхідні; б) вихідні
При збільшенні зворотної напруги на колекторі струм бази зменшується, характеристики зміщаються правіше. Це пояснюється тим, що напруга на колекторі впливає на концентрацію носіїв біля нього і змінює товщину бази внаслідок зміни товщини колекторного переходу (розширення збідненої зони).
Це так званий ефект модуляції товщини бази. Зменшення товщини бази призводить до зменшення імовірності рекомбінації носіїв заряду в базі, а отже і до зменшення струму бази вихідні характеристики для схеми з ЗЕ визначаються залежністю при (рисунок 2.4,б).
Якщо струм бази дорівнює нулеві, то ця залежність являє собою характеристику електронно-діркового переходу при зворотному зсуві.
Статичні характеристики дають повну інформацію про транзистори, що є активними елементами радіоелектронних ланцюгів.
У режимі великих сигналів вони є основою графоаналітичного методу аналізу і розрахунку транзисторних ланцюгів. У режимі малих сигналів транзистор може розглядатися як лінійний елемент.
По характеристиках транзистора визначають малосигнальні диференціальні параметри.
Величини, що зв'язують малі збільшення струмів і напруг, називають диференціальними параметрами транзистора.
У разі уявлення транзистора лінійним чотириполюсником (наприклад, для БТ у схемі із загальною базою, рис. 2.5) найбільше практичне застосування знаходять три системи параметрів: h, y, z- параметрів.
Рис. 2.5 Чотирьохполюсне включення БТ із загальною базою
Під час використання h-параметрів як незалежні перемінні вибирають вхідний струм I 1 і вихідну напругу U 2 .
Звідси випливає фізичний зміст і найменування h-параметрів: - вхідний опір транзистора при короткому замиканні на виході для змінної складової струму, тобто .
Виходячи із рис. 2.1 для схеми включення ЗБ:
- коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі при розімкнутому вході для змінної складової струму;
- диференціальний коефіцієнт передачі струму при короткому замиканні на вході для змінної складової струму. Для схеми включення БТ з загальною базою , а для включення із загальним емітером (ЗЕ) .
вихідна провідність транзистора при розімкнутому вході для змінної складової струму, .
Низькочастотні значення параметрів транзистора залежать від схеми включення і визначаються за статичними характеристиками.
Для аналізу і розрахунку ланцюгів з біполярними транзисторами використовують так звані h-параметри транзистора, включеного за схемою ЗЕ.
Електричний стан транзистора, включеного за схемою ЗЕ, характеризується величинами IБ, IБЕ, ІК, UКЕ.
У систему h - параметрів входять наступні величини:
1. Вхідний опір h11 = DU1/DI1 при U2 = const.
Являє собою опір транзистора змінному вхідному струмі при якому замикання на виході, тобто при відсутності вихідного змінної напруги.
2. Коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі:
Показує, яка частка вхідної змінної напруги передається на вхід транзистора внаслідок зворотного зв'язку в ньому.
3. Коефіцієнт зусилля по струму (коефіцієнт передачі струму):
Показує посилення змінного струму транзистором в режимі роботи без навантаження.
Являє собою провідність для змінного струму між вихідними затискачами транзистора.
Вихідний опір Rвих = 1/h22. Для схеми із загальним емітером справедливі наступні рівняння:
Для запобігання перегріву колекторного переходу необхідно, щоб потужність, що виділяється в ньому при проходженні колекторного струму, не перевищувала деякої максимальної величини:
Крім того, існують обмеження щодо колекторнної напруги: і колекторногоструму:
Рис. 3.1 - Схема найпростішого підсилювального каскаду на біполярному транзисторі.
За допомогою резистора Rк створюється вихідна напруга, тобто Rк виконує функцію створення, змінюються напруги у вихідному ланцюзі за рахунок протікання в ній струму, керованого по ланцюгу бази. Для колекторного ланцюга підсилювального каскаду можна записати наступне рівняння електричного стану:
Тобто сума падіння напруги на резисторі Rк і напруги колектор-емітер Uке транзистора завжди дорівнює постійній величині - ЕРС джерела живлення Ек.
Процес посилення грунтується на перетворенні енергії джерела постійної напруги Ек в енергію змінної напруги у вихідному ланцюзі за рахунок зміни опору керованого елемента (транзистора) згідно із законом, що задається вхідним сигналом.
При подачі на вхід підсилювального каскаду змінної напруги Uвх у базовій ланцюга транзистора створюється змінна складова струму IБ ~, а значить струм бази буде змінюватися.
Зміна струму бази призводить до зміни значення струму колектора (ІК = bIБ), а значить, до зміни значень напружень на опорі Rк і Uке. Підсилювальніздібності обумовлені тим, що зміна значень струму колектора в b разів більше, ніж струму бази.
Принцип роботи біполярного транзистора, його вхідна та вихідна характеристики. Динамічні характеристики транзистора на прикладі схеми залежності напруги живлення ЕЖ від режиму роботи транзистора. Динамічний режим роботи біполярного транзистора. лабораторная работа [263,7 K], добавлен 22.06.2011
Тунельний механізм переходу носіїв заряду. Розрахунок параметрів випрямного діода і біполярного транзистора, статичних характеристик польового транзистора з керуючим переходом. Визначення залежності генераційного струму p-n переходу від зворотної напруги. курсовая работа [902,9 K], добавлен 23.01.2012
Розгляд будови та принципу роботи ключів на прикладі біполярного транзистора із спільним емітером. Вивчення особливостей МДН-транзисторів із резистивним, динамічним та комплементарним навантаженням. Аналіз режимів автоколивального мультивібратора. реферат [509,5 K], добавлен 30.01.2010
Особливості підстлювачів з загальною базою, загальним колектором. Порівняльний аналіз каскадів підсилення. Оцінка та режими роботи схем СЕ, СБ, СК. Використання уніполярних і біполярних транзисторів, переваги. Трансформаторні та безтрансформаторні схеми. реферат [77,4 K], добавлен 30.01.2010
Призначення, характеристики, основні вимоги до проектування та вибір режиму роботи резонансного підсилювача потужності. Вибір транзистора та схеми підсилювача, вольт-амперні характеристики транзистора. Схема резонансного підсилювача та його розрахунок. курсовая работа [87,2 K], добавлен 30.01.2010
Основні параметри конденсаторів змінної ємності з плоскими пластинами. Параметри котушки електромагнітного апарата при сталому й змінному струмах. Розрахунок трифазного силового трансформатора. Характеристики випрямного діода і біполярного транзистора. методичка [2,3 M], добавлен 26.05.2013
Принцип действия и основные физические процессы в транзисторе. Дифференциальные коэффициенты передачи токов транзистора. Вольт-амперные статические характеристики и параметры. Методика снятия семейства статических характеристики биполярного транзистора. лабораторная работа [142,9 K], добавлен 08.11.2013
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Принцип дії і режими роботи біполярного транзистора курсовая работа. Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника.
Классификация прав человека
Эссе На Тему Моя Квартира
Реферат: Translation of Irony
Солнечные И Лунные Затмения Реферат
Доклад по теме Биография Эриха-Марии Ремарка
Реферат: Land Of Fire By Chris Ryan Essay
Реферат: Анализ региона Южная Азия
Курсовая работа по теме Развитие государственно-частного партнерства на транспорте
Доклад по теме Владимир Николаевич Войнович
Курсовая работа по теме Закон единства и анализа синтеза в организации
Моя Любимая Песня Сочинение Рассуждение Сочуна
Техника Челночного Бега Кратко Реферат
Эссе Польза Знаний
Сочинение По Русскому Фольклору
Контрольная Работа На Тему Рассмотрение Дел Об Административных Правонарушениях
Контрольная Работа 4 Класс 1 Четверть
Реферат: Юридичне оформлення приєднання Галичини і Буковини до Австрії
Вооруженные Силы Китая Реферат
Отчет по практике по теме Технологический процесс в цехе
Реферат: Политические режимы 5
Реакції на мовленнєвий акт ассертив у німецькомовному діалогічному дискурсі - Иностранные языки и языкознание статья
Род клюква - Биология и естествознание курсовая работа
Принципы организации кулинарного дискурса - Иностранные языки и языкознание курсовая работа