Большая База Рефератов - Биполярный транзистор КТ3107 - бесплатно рефераты, скачать рефераты, рефераты на тему

Биполярный транзистор КТ3107

(10.8)

(10.9)

(10.10)

где .

Различают три основных режима работы биполярного транзистора: активный, отсечки, насыщения.

В активном режиме один из переходов биполярного транзистора смещен в прямом направлении приложенным к нему внешним напряжением, а другой - в обратном направлении. Соответственно в нормальном активном режиме в прямом направлении смещен эмиттерный переход, и в (10.3), (10.8) напряжение имеет знак «+». Коллекторный переход смещен в обратном направлении, и напряжение в (10.3) имеет знак « - ». При инверсном включении в уравнения (10.3), (10.8) следует подставлять противоположные полярности напряжений , . При этом различия между инверсным и активным режимами носят только количественный характер.

Для активного режима, когда и (10.6) запишем в виде

Учитывая, что обычно и , уравнение (10.7) можно упростить:

(10.11)

Таким образом, в идеализированном транзисторе ток коллектора и напряжение эмиттер-база при определенном значении тока не зависят от напряжения, приложенного к коллекторному переходу. В действительности изменение напряжения меняет ширину базы из-за изменения размеров коллекторного перехода и соответственно изменяет градиент концентрации неосновных носителей заряда. Так, с увеличением ширина базы уменьшается, градиент концентрации дырок в базе и ток увеличиваются. Кроме этого, уменьшается вероятность рекомбинации дырок и увеличивается коэффициент . Для учета этого эффекта, который наиболее сильно проявляется при работе в активном режиме, в выражение (10.11) добавляют дополнительное слагаемое

(10.12)

- дифференциальное сопротивление запертого коллекторного p-n-перехода.

Влияние напряжения на ток оценивается с помощью коэффициента обратной связи по напряжению

который показывает, во сколько раз следует изменять напряжение для получения такого же изменения тока , какое дает изменение напряжения . Знак минус означает, что для обеспечения = const приращения напряжений должны иметь противоположную полярность. Коэффициент достаточно мал (), поэтому при практических расчетах влиянием коллекторного напряжения на эмиттерное часто пренебрегают.

В режиме глубокой отсечки оба перехода транзистора смещены в обратном направлении с помощью внешних напряжений. Значения их модулей должны превышать . Если модули обратных напряжений приложенных к переходам транзистора окажутся меньше , то транзистор также будет находиться в области отсечки. Однако токи его электродов окажутся больше, чем в области глубокой отсечки.

Учитывая, что напряжения и имеют знак минус, и считая, что и , выражение (10.9) запишем в виде

(10.13)

Подставив в (10.13) значение , найденное из (10.8), и раскрыв значение коэффициента А, получим

(10.14)

что , а , то выражения (10.14) существенно упростятся и примут вид

(10.15)

где ;

Из (10.15) видно, что в режиме глубокой отсечки ток коллектора имеет минимальное значение, равное току единичного p-n-перехода, смещенного в обратном направлении. Ток эмиттера имеет противоположный знак и значительно меньше тока коллектора, так как . Поэтому во многих случаях его считают равным нулю: .

Ток базы в режиме глубокой отсечки приблизительно равен току коллектора:

(10.15)

Режим глубокой отсечки характеризует запертое состояние

транзистора, в котором его сопротивление максимально, а токи

электродов минимальны. Он широко используется в импульсных устройствах, где биполярный транзистор выполняет функции электронного ключа.

При режиме насыщения оба p-n-перехода транзистора с помощью приложенных внешних напряжений смещены в прямом направлении. При этом падение напряжения на транзисторе () минимально и оценивается десятками милливольт. Режим насыщения возникает тогда, когда ток коллектора транзистора ограничен параметрами внешнего источника энергии и при данной схеме включения не может превысить какое-то значение . В то же время параметры источника внешнего сигнала взяты такими, что ток эмиттера существенно больше максимального значения тока в коллекторной цепи: .

Тогда коллекторный переход оказывается открытым, падение напряжения на транзисторе—минимальным и не зависящим от тока эмиттера. Его значение для нормального включения при малом токе () равно

Для инверсного включения

(10.16)

В режиме насыщения уравнение (10.12) теряет свою справедливость. Из сказанного ясно, что, для того чтобы транзистор из активного режима перешел в режим насыщения, необходимо увеличить ток эмиттера (при нормальном включении) так, чтобы начало выполняться условие . Причем значение тока , при котором начинается этот режим, зависит от тока , определяемого параметрами внешней цепи, в которую включен транзистор.

9. Измерение параметров биполярного транзистора.

Для проверки параметров транзисторов на соответствие требованиям технических условий, а также для получения данных, необходимых для расчета схем, используются стандартные измерители параметров транзисторов, выпускаемые промышленностью.

С помощью простейшего испытателя транзисторов измеряются коэффициент усиления по току , выходная проводимость и начальный ток коллектора

Более сложные измерители параметров позволяют, быстро определив значения , , , , транзисторов в схемах ОБ и ОЭ, оценить, находятся ли измеренные параметры в пределах допустимого разброса и пригодны ли испытанные транзисторы к применению по критерию надежности.

Параметры транзисторов можно определить также по имеющимся в справочниках пли снятым в лабораторных условиях характеристикам.

При определении параметров обычно измеряют обратные токи коллектора (всегда) и эмиттера (при необходимости) в специальных схемах для транзисторов — усилителей, работающих в выходных каскадах, и для транзисторов — переключателей. При измерениях малых токов используют высокочувствительные микроамперметры, которые нуждаются в защите от перегрузок.

Необходимо измерить также напряжения , , , , .

Напряжение измеряют при заданном токе ограниченном сопротивлением в коллекторе, по наблюдению на экране осциллографа участка вольтамперной характеристики, соответствующего лавинному пробою. Можно также измерять величину вольтметром по падению напряжения на ограничивающем сопротивлении. При этом фиксируется показание прибора в момент резкого возрастания тока. Напряжение измеряется по изменению направления тока базы. Напряжение между эмиттером и коллектором фиксируется в момент, когда ток базы (при этом ). Величину определяют аналогично напряжению . При нахождении измерение производится в схеме ОЭ в режиме насыщения при заданном коэффициенте насыщения. Желательно измерения производить в импульсном режиме, чтобы рассеиваемая транзистором мощность была минимальной. Величина определяется аналогично напряжению в схеме ОЭ.

Среди параметров, характеризующих частотные свойства транзисторов, наиболее просто измерить величину . Для ее определения следует измерить на частоте , в 2 - 3 раза большей , модуль коэффициента передачи тока в схеме ОЭ , тогда . Все частоты , указываемые в качестве параметров, взаимосвязаны и могут быть вычислены.

При измерении барьерной емкости коллекторного перехода Ск обычно используют метод сравнения с эталонной емкостью в колебательном контуре и Q-метр.

Емкость измеряется при заданном обратном напряжении на переходе.

Важным является измерение в качестве параметра постоянной времени (обычно в номинальном режиме транзистора). Переменное напряжение достаточно большой частоты ( 5 МГц) подается в цепь коллектор — база и вольтметром измеряется напряжение на входе между эмиттером и базой. Затем в измерительную цепь вместо транзистора включается эталонная цепочка RC. Изменяя значения RC, добиваются тех же показаний вольтметра. Полученное RC будет равно постоянной транзистора.

Тепловое сопротивление измеряется с помощью термочувствительных параметров (,,) с использованием графиков зависимости этих параметров от температуры. Для мощных транзисторов чаще всего измеряют величину для маломощных -

Параметр большого сигнала В измеряется на постоянном токе (отношение /) или импульсным методом (отношение амплитуд тока коллектора и базы).

При измерении h-параметров наибольшие трудности возникают при определении коэффициента обратной связи по напряжению, . Поэтому обычно измеряют параметры , , а затем вычисляют по формулам пересчета значение . Измерения малосигнальных параметров производятся на частотах не более 1000 Гц.

10. Основные параметры биполярного транзистора.

Электрические параметры.

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер при , не более ------ 0,3 В.

Статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером

при

, :

при Т=298 К ------------ 35 – 90

при Т=358 К ------------ 35 – 180

при Т=228 К ------------- 15 – 90

Модуль коэффициента передачи тока при f=100 МГц, ,

не более 3.

Емкость коллекторного перехода при , f=10 МГц не более 6 пФ

Емкость эмиттерного перехода при , f=10 МГц не более ---8- пФ

Обратный ток коллектора при не более:

при Т=228 К и Т =298 К ------- 1 мкА

при Т=358 К --------------------- 10 мкА

Обратный ток коллектор – эмиттер при ,

не более 100 мкА

Предельные эксплутационные данные.

Постоянное напряжение коллектор – эмиттер при -- 16 В

Постоянное напряжение база – эмиттер при ------------------------------ 5 В

Постоянный ток коллектора:

при Т=298 К ----------------- 10 мА

при Т=358 К ----------------- 5 мА

Импульсный ток коллектора при , ------------25 мА

Постоянная рассеиваемая мощность коллектора:

при Т=228 - 298 К ----------------- 1 мВт

при Т=358 К ------------------------ 5 мВт

Импульсная рассеиваемая мощность коллектора , 50 мВт

Температура окружающей среды --------------------------От 228 до 358 К

Максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора в мВт при Т=298 – 358 К определяется по формуле: .

Графики:

Рис 12-1 Входные характеристики.

Рис 12-2. Зависимость обратного тока коллектора от температуры.

Рис 12-3. Зависимость статического коэффициента передачи тока от напряжения коллектор-эмиттер.

Рис 12-4. Зависимость статического коэффициента передачи тока

от тока эмиттера.

11. Применение биполярных транзисторов в электронных схемах.

Данный радиомикрофон предназначен для озвучивания мероприятий, и т. д. Устройство работает в УКВ диапазоне на частоте 87,9 МГц, специально отведенной для радиомикрофонов, и его сигналы принимают на обычный радиовещательный приемник с диапазоном УКВ-2. Дальность действия радиомикрофона в пределах прямой видимости — более 200 м.

Схема и принцип действия. Схема радиомикрофона приведена на рис. 13-1. Передатчик собран на транзисторе VT4 по однокаскадной схеме. Такое решение для миниатюрного устройства, каким является радиомикрофон, оправдано, так как использование в передатчике отдельно задающего генератора и выходного каскада приводит к снижению его экономичности и возрастанию габаритов.

Как известно, частота LC-генератора, работающего в области 100 МГц, существенно зависит от напряжения питания.

Передатчик содержит два контура — контур L1C9C10C12C13VD2, Задающий частоту генератора, и выходной контур L3C15C16, связанный с антенной. Это повышает стабильность генерируемой частоты.

Задающий контур подключен к транзистору VT4 по схеме Клаппа. Влияние изменения параметров транзистора VT4 при изменении питающего напряжения на задающий контур введено к минимуму выбором малого коэффициента включения транзистора в контур (определяется емкостью конденсаторов СЮ, С12,

С13). Для повышения температурной стабильности частоты применены конденсаторы С9, СЮ, С12, С13 с малым ТКЕ, а коэффициент включения в задающий контур варикапа VD2 невелик из-за малой емкости конденсатора С9.

Выходной П-коктур позволяет согласовать антенну с выходом транзистора

VT4 и улучшает фильтрацию высших гармоник. Выходной контур настроен на частоту второй гармоники задающего контура. Это уменьшает влияние выходного контура на задающий контур через емкость перехода коллектор—база транзистора VT4, благодаря чему улучшается стабильность частоты передатчика. За счет всех этих мер уход частоты передатчика при изменении питающего напряжения от 5 до 10 В невелик и подстройки приемника в процессе работы не требуется.

Звуковой сигнал с электретного микрофона ВМ1 поступает на вход микрофонного усилителя, собранного на операционном усилителе (ОУ) DA2. Питание микрофон получает через резистор R1 и развязывающую цепь R5C2. Для снижения потребляемой мощности на месте DA2 использован микромощный ОУ К140УД12. Резистор R10 задает потребляемый ток ОУ около 0,2 мА. Большой мощности от микрофонного усилителя не требуется, потому что он нагружен на варикап, а мощность управления варикапом, представляющим собой обратносмещенный диод, крайне мала R7 и сопротивление участка сток—исток полевого транзистора VT1 образуют цепь отрицательной обратной связи, определяющей коэффициент усиления микрофонного усилителя. Канал полевого транзистора VT1 служит регулируемым сопротивлением в системе АРУ. При напряжении затвор—исток, близком к нулевому, сопротивление канала — около 1 кОм и коэффициент усиления микрофонного усилителя близок к 100. При возрастании напряжения до 0,5... 1 В сопротивление канала повышается до 100 кОм а коэффициент усиления микрофонного усилителя уменьшается до 1. Это обеспечивает почти неизменный уровень сигнала на выходе микрофонного усилителя при изменении уровня сигнала на его входе в широких пределах.

Конденсатор С4 создает спад АЧХ микрофонного усилителя в области высоких частот для уменьшения глубины модуляции на этих частотах и предотвращения расширения спектра сигнала передатчика. Конденсатор СЗ блокирует цепь обратной связи усилителя DA2 по постоянному току. Через резистор R4 на неинвертирующий вход ОУ DA2 поступает напряжение смещения, необходимое при однополярном питании.

Транзистор VT3 выполняет функцию детектора системы АРУ и управляет полевым транзистором VT1. Порог срабатывания системы АРУ устанавливается подстроенным резистором R12. Когда сигнал с выхода микрофонного усилителя и отпирающее напряжение смещения с части резистора R12 в сумме сравняются с напряжением открывания перехода эмиттер—база транзистора VT3, последний открывается, подавая напряжение на затвор полевого транзистора VT1. Сопротивление канала полевого транзистора VT1 увеличивается, и коэффициент усиления микрофонного усилителя уменьшается.

Благодаря АРУ амплитуда сигнала на выходе усилителя поддерживается практически на постоянном уровне. Этот уровень можно регулировать, меняя резистором R12 напряжение смещения транзистора VT3. Цепь R9C5 задает постоянную времени срабатывания, а цепь R8C5 — постоянную времени восстановления системы АРУ. Для компенсации температурных изменений напряжения открывания перехода эмиттер -база транзистора VT3 напряжение на резистор R12 подано с диода VD1,

Транзистор VT3, цепь формирования порога срабатывания АРУ R11R12VD1 и резистор R4, через который поступает смещение на неинвертирующий вход ОУ, получают питание от стабилизатора напряжения DA1. Это же напряжение подано через резистор R14 в качестве наприжения смещения на варикап VD2. Так как емкость варикапа существенно зависит от приложенного к нему напряжения смещения, то к его стабильности предъявляются жесткие требования. Поэтому стабилизатором DA1 служит микросхема КР142ЕН19, представляющая собой стабилизатор напряжения параллельного типа. Выбором резисторов R2 и R3 задают напряжение стабилизации около 3,5 В на выводе 3 микросхемы DA1. Балластным сопротивлением служит генератор тока на полевом транзисторе VT2. что повышает экономичность стабилизатора.

Рис 13-1 Электрическая принципиальная схема радио микрофона.