Статические характеристики и параметры

Более полное представление о транзисторе как электронном уси­лительном элементе дают его статические характеристики, отража­ющие зависимость токов на электродах транзисторов от приложен­ных к ним напряжений. Транзистор может быть включен в схему тремя различными способами. В зависимости оттого, какой из элект­родов является общим для входной и выходной цепей, схемы включе­ния транзистора именуют схемами с общим эмиттером, с общим кол­лектором или с общей базой. Естественно, что и статические харак­теристики транзистора могут быть получены для каждой из этих схем. В большинстве случаев статические характеристики приводят для схемы с общим эмиттером. Для нее зависимость управляемой составляющей тока коллек­тора от напряжения между коллектором и эмиттером U_кэ при фик­сированных значениях тока базы I_б называют семейством статиче­ских выходных характеристик транзистора I_k = f (U_кэ), при I_б = const. Аналогичным образом определяют входную статиче­скую характеристику, под которой понимают зависимость I_б = f (U_бэ) между током I_б и напряжением U_бэ во входной цепи тран­зистора при постоянном напряжении между коллектором и эмит­тером U_кэ = const.

Рисунок 19 - Входные (а) и выходные (б) статические характеристики биполярно­го транзистора

Входная характеристика напоминает ВАХ диода. Она мало зависит от напряжения U_кэ в рабочем диапазоне этого напряжения (5-20 В), но при уменьшении U_кэ до нуля смещается влево.

Пользоваться статическими характеристиками для расчета и ана­лиза устройств с биполярными транзисторами необходимости нет. Эти характеристики снимают только для того, чтобы установить численные значения так называемых h-параметров, которые и ис­пользуются при расчете электронных схем. Электри­ческое состояние транзистора, включенного по схеме с общим эмит­тером, характеризуется четырьмя величинами: I_б, U_бэ, I_k и U_кэ. Если при этом рассмат­ривать малые приращения напряжений и токов, то h-параметры транзистора могут быть рассчитаны таким образом:

h₁₁ = ΔU_бэ / Δ I_б при U_кэ = const;

h₁₂ = ΔU_бэ / ΔU_кэ при I_б = const;

h₂₁ = Δ I_k / Δ I_б при U_кэ = const;

h₂₂ = Δ I_k / ΔU_кэ при I_б = const.

Параметр h₁₁ имеет размерность сопротивления и представляет собой входное сопротивление транзистора, которое часто обознача­ют через R_вх = h₁₁. Параметр h₁₂ - безразмерный коэффициент внутренней обратной связи. Его значения достаточно малы и не пре­восходят 0,002. В большинстве случаев им можно пренебречь и счи­тать равным нулю.

Параметр h₂₁ - безразмерный коэффициент передачи тока; он характеризует усилительные свойства биполяр­ного транзистора и является ничем иным, как коэффициентом усиления по току в схеме с общим эмиттером. Нако­нец, параметр h₂₂ имеет размерность проводимости и характеризует выходное сопротивление транзистора: R_вых = 1/h₂₂.

Коэффициент усиления транзистора по току h₂₁ зависит от часто­ты и с ее увеличением падает. Частота, при которой этот параметр уменьшается до единицы, называется граничной частотой f_гр. На практике часто используют частоту f₀ при которой параметр h₂₁ уменьшается в 1,41 раза. Частоту f₀ называют частотой среза.

Транзисторы точно так же, как и другие полупроводниковые при­боры, характеризуют некоторой совокупностью предельно допусти­мых параметров. В процессе эксплуатации превышать значение этих параметров нельзя, так как это приводит к разрушению внут­ренней структуры и к полному или частичному выходу транзистора из строя. К числу предельно допустимых параметров в первую оче­редь относятся:

Р_к.mах - максимально допустимая мощность, рас­сеиваемая на коллекторе;

U_кэ.mах - максимально допустимое на­пряжение между коллектором и эмиттером;

I_к.mах - максимально допустимый ток коллектора.

Большинство параметров транзистора, в том числе и предельно допустимые, не являются стабильными. Все они зависят от темпера­туры окружающей среды, значений коллекторного и эмиттерного токов, частоты и т. д. Необходимые сведения об этих зависимостях приводятся в справочных данных на транзисторы или их получают экспериментально.

Для повышения мощности P_к.max вы­пускаются мощные транзисторные сборки, в которых транзисторы сое­динены одноименными выводами. Транзисторные сборки могут нас­читывать до нескольких сотен параллельно соединенных транзисторов, заключенных в один корпус. Коллекторный ток сборки мо­жет доходить до 500 А, а коэффициент усиления по току h₂₁ - до 1000—2000.

Рисунок 20 - Схема Дарлингтона

Биполярные транзисторы ныне используются все реже и реже, особенно в импульсной сило­вой технике. Их место активно занимают полевые транзисторы MOSFET и комбинированные транзисторы IGBT, имею­щие в этой области электроники несомненные преимущества.