Биполярные транзисторы

1.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Лекция 3
Биполярные транзисторы
1. Структура, принцип работы
2. Характеристики
3. Схемы включения
Мудр — кто знает нужное, а не многое.
Эсхил
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1

2. Первый транзистор

3. Первый транзистор 23 декабря 1947 года — американские физики Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин (John Bardeen) и

Первый транзистор
23 декабря 1947 года — американские физики
Уильям Шокли (William Shockley), Джон Бардин
(John Bardeen) и Уолтер Браттейн (Walter
Brattain). В 1956 году - Нобелевская премия в
области физики.
Название «транзистор» придумал их коллега
Джон Пирс (John R. Pierce). Слово transistor
образовано путем соединения двух терминов:
transconductance (активная межэлектродная
проводимость) и variable resistor или varistor
(переменное сопротивление, варистор).

4.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Биполярные транзисторы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
4

5.

Биполярные транзисторы
Транзистор n-p-n типа
Весна 2018
Схема распределения токов
Эмиттер
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
База
Коллектор
5

6.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Взаимосвязь токов
I αI Э
'
K
(1)
- коэффициент передачи тока эмиттера
=0,95...0,99
Выходной ток транзистора:
I К I I КБ0
'
К
(2)
IКБ0 - обратный ток
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
6

7.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Ток в выводе базы:
I Б I I КБ0
'
Б
(3)
С учетом (1):
I К αI Э I КБ0
(4)
Поскольку IЭ>>IКБ0 , то
I К αI Э
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
(5)
7

8.

Биполярные транзисторы
Ток базы:
Весна 2018
I Б IЭ I К
(6)
С учетом (5):
или:
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
1
IБ IК IК
α
1 α
IБ
IК
α
8

9.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Отсюда:
IК
α
β
IБ 1 α
I К βI Б
(7)
(8)
- динамический коэффициент передачи тока
базы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
α
β
1 α
β
α
1 β
9

10.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Уменьшение коэффициентов и с
увеличением частоты
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
10

11.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Режимы работы транзисторов
Нормальный (активный) режим –
эмиттерный переход смещен в прямом
направлении, коллекторный – в
обратном.
Инверсный режим – коллекторный
переход смещен в прямом направлении,
эмиттерный – в обратном.
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
11

12.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Режимы работы транзисторов
Режим отсечки – оба перехода
транзистора смещены в обратном
направлении.
IК=IКБ0 IЭ 0 IБ -IКБ0
Режим насыщения – оба перехода
транзистора смещены в прямом
направлении.
IKmax< IЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
U КЭнас
1 α
Т
α
12

13.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Параметры, характеризующие
транзистор как усилительный
элемент
Коэффициенты усиления:
-по току kI= IВЫХ/ IВХ
-по напряжению kU= UВЫХ/ U ВХ
-по мощности kP=kI/kU= PВЫХ/ PВХ
-входное сопротивление RВХ=UВХ/IВХ
- выходное сопротивление RВЫХ= UВЫХ/ IВЫХ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
13

14.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общей базой (ОБ)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
14

15.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общей базой (ОБ)
ΔI К
k Iб
ΔI Э
k Uб
R ВХб
U ЭБ
IЭ
U Н
I К R Н
RН
α
U ЭБ I Э R ВХб
R ВХб
kUб »1, так как RН »RВХб
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
15

16.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Характеристики транзисторов
Выходные характеристики IК=f(UКБ)
схема с ОБ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
n-p-n
16

17.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Характеристики транзисторов
Выходные характеристики IК=f(UКБ)
p-n-p
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
схема с ОБ
17

18.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Характеристики транзисторов
Входные характеристики IЭ=f(UЭБ)
n-p-n
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
схема с ОБ
p-n-p
18

19.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общим эмиттером (ОЭ)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
n-p-n
19

20.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общим эмиттером (ОЭ)
ΔI К
k Iэ
β
ΔI Б
R ВХэ
k Uэ
U ЭБ U ЭБ I Э
IК IБ
R ВХб
R ВХб (β 1)
IБ
IЭ IБ
IБ
U Н
I К R Н
RН
RН
β
U ЭБ I Б R ВХэ
β R ВХб R ВХб
kUэ »1, так как RН »RВХб
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
20

21.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Характеристики транзисторов
Выходные характеристики IК=f(UКЭ)
n-p-n
схема с ОЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
p-n-p
21

22.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Характеристики транзисторов
Входные характеристики IБ=f(UБЭ)
n-p-n
схема с ОЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
p-n-p
22

23.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общим коллектором (ОК)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
n-p-n
23

24.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общим коллектором (ОК)
ΔI Э ΔI К ΔI Б
k Iк
β 1
ΔI Б
ΔI Б
k Uк
ΔI Э R Н
ΔU Н
ΔU Н
ΔU КБ ΔU ЭБ ΔU Н ΔI Э R ВХб ΔI Э R Н
RН
R ВХб R Н
т.е. kUк 1
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
24

25.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Схемы включения транзисторов
Схема с общим коллектором (ОК)
R ВХк
U КБ U ЭБ U Н U ЭБ I Э U Н
IБ
IБ
IБ IЭ
IБ
U ЭБ I Э I Э R Н
R ВХб (β 1) R Н (β 1)
IЭ I Б
IБ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
25

26.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Влияние температуры на
характеристики транзисторов
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
26

27.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Составной транзистор
(схема Дарлингтона)
I К1 I Б1β1 I КБ01 , I К2 I Б2β 2 I КБ02 , I Б2 I Э1
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
27

28.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Составной транзистор
(схема Дарлингтона)
I КБ0 0
I К2 IЭ1β 2 (I К1 I Б1 )β1 (I Б1β1 I Б1 )β1 I(β1 1)β 2
I ВЫХ. I К1 +I К1 =I Б1β1 +(I Б1β1 I Б1 )β 2 =I Б1 (β1 + β 2 β1 β 2 )
β1 + β 2 β1 β 2
I ВЫХ. IБ1 β1 β 2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
28

29.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Составной транзистор
(схема Дарлингтона)
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
29

30.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Транзистор как активный
четырехполюсник
I1
U1
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
I2
U2
30

31.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров
I1
I2
U1
U2
U1=h11 I1+h12 U2
I2=h21 I1+h22 U2
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
31

32.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров
h11= U1/ I1
при U2=const
h12= U1/ U2
при I1=const
h21= I2/ I1
при U2=const
h22= I2/ U2
при I1=const
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
32

33.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров
Для схемы с ОЭ
I1=IБ I2=IК U1=UБЭ U2=UКЭ
UБЭ=h11Э IБ+h12Э UКЭ
IК=h21Э IБ+h22Э UКЭ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
33

34.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров для схемы с ОЭ
Входное сопротивление
h11Э= UБЭ/ IБ при UКЭ=const
Коэффициент обратной связи по напряжению
h12Э= UБЭ / UКЭ при IБ=const
Коэффициент передачи тока
h21Э= IК/ IБ=
при UКЭ=const
Выходная проводимость
h22Э= IК / UКЭ при IБ=const
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
34

35.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Связь h-параметров с собственными
параметрами транзистора
h11Э=rБ+rЭ/(1- )
h12Э=rЭ/(rК(1- ))
h21Э= /(1- )=
h22Э=1/(rК(1- ))
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
35

36.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров
Для схемы с ОБ
I1=IЭ I2=IК U1=UЭБ U2=UКБ
UЭБ=h11Б IЭ+h12Б UКБ
IК=h21Б IЭ+h22Б UКБ
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
36

37.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров для схемы с ОБ
Входное сопротивление
h11Б= UЭБ/ IЭ
при UКБ=const
Коэффициент обратной связи по напряжению
h12Б= UЭБ / UКБ при IЭ=const
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
37

38.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Система h-параметров для схемы с ОБ
Коэффициент передачи тока
h21Б= IК/ IЭ=-α при UКБ=const
Выходная проводимость
h22Б= IК / UКБ при IЭ=const
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
38

39.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Связь h-параметров с собственными
параметрами транзистора
h11Б=rЭ+rБ/(1- )
h12Б=rБ/rК
h21Б= -
h22Б=1/rК
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
39

40.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
H-параметры для различных схем
включения транзисторов
h11Б h11Э/(1+h21Э) h11К h11Э
h12Б h11Эh22Э/(1+h21Э) h12К 1/(1+h12Э)
h21Б -h21Э/(1+h21Э) h21К -(1+h21Э)
h22Б h22Э/(1+h21Э) h22К h22Э
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
40

41.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Основные параметры биполярных
транзисторов
Обратный ток коллектора IКБО- ток через
коллекторный переход при заданном
напряжении коллектор-база и разомкнутом
выводе эмиттера
Обратный ток эмиттера IЭБО- ток через
эмиттерный переход при заданном
напряжении база-эмиттер и разомкнутом
выводе коллектора
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
41

42.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Основные параметры биполярных
транзисторов
Входное сопротивление
h11Б
Коэффициент передачи тока h21Б
Коэффициент обратной связи h12Б
Выходная полная проводимость h22Б
Предельная частота коэффициента передачи
f h21Б
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
42

43.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Основные параметры биполярных
транзисторов
Емкость коллекторного перехода Ск
Дифференциальное сопротивление эмиттерного
перехода
rэдиф
Объемное сопротивление базы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
rб
43

44.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Максимально допустимые
параметры
постоянное напряжение коллектор-база
Uкбmax
постоянное напряжение коллектор-эмиттер
Uкэmax
постоянный ток коллектора Iкmax
импульсный ток коллектора Iк.и.max
рассеиваемая мощность без теплоотвода
Pmax
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
44

45.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Шумы транзистора
1. Тепловой шум
2. Дробовой шум
3. Избыточные шумы
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
45

46.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Классификация транзисторов
По величине мощности, рассеиваемой
коллектором
1. Малой мощности Рк<0.3 Вт
2. Средней мощности 0.3<Pк<1.5 Вт
3. Большой мощности Pк>1.5 Вт
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
46

47.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Классификация транзисторов
По максимальной рабочей частоте
1. Низкочастотные f <3 МГц
2. Среднечастотные 3 МГц<f <30 МГц
3. Высокочастотные 30МГц<f <300 МГц
4. Сверхвысокочастотные f >300 МГц
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
47

48.

Биполярные транзисторы
Весна 2018
Контрольное задание
Какая из схем включения транзистора
имеет:
а- наибольшее входное сопротивление
б – наибольший коэффициент
усиления по току
в – наибольший коэффициент
усиления по напряжению
Лучше совсем не знать чего-либо, чем знать
плохо.
Публилий Сир
ХНУРЭ Факультет КИУ
Кафедра ЭВМ тел. 70-21-354
48