Биполярные транзисторы. Учебное пособие по курсу ''Электроника''

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Санкт-Петербургский государственный университет информационных технологий, механики и оптики

В.В.Тогатов, Ф.П.Балобей

БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ

Учебное пособие по курсу "Электроника"

Санкт-Петербург 2004

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР 1. РЕЖИМЫ РАБОТЫ И СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ Биполярный транзистор - это полупроводниковый прибор, состояший из трех областей с различными типами проводимости и двумя взаимодействующими р-n - переходами. Основное назначение транзистора - усиление или переключение электрических сигналов. В зависимости от чередования областей полупроводниковых слоев различают n-p-n и p-n-p – транзисторы. Структура и условные графические обозначения обоих типов транзисторов показаны на рис.1. Эмиттер Э (n+ или р+) – область с наибольшей степенью легирования, что обозначается знаком + , предназначен для инжекции носителей (электронов или дырок) в базовую область. Рn-переход, прилегающий к эмиттеру, называют эмиттерным. В условном обозначении транзистора эмиттер отмечен стрелкой, направление которой указывает техническое направление эмиттерного тока, а следовательно, и полярность напряжений, действующих на его выводах. Как видно из рис.1, для создания токов коллектора и базы в n-р-n-транзисторе потенциалы базового (Б) и коллекторного (К) выводов должны быть выше потенциала эмиттерного вывода; в p-n-p- транзисторе имеют место обратные соотношения этих величин.

Рис.1 База Б,расположенная между эмиттером и коллектором, предназначена для управления потоком носителей, инжектируемых эмиттером. Если база легирована однородно (т.е. концентрация акцепторной примеси в р-базе Na(x) или донорной примеси в n-базе Nd(x) одинакова в каждой точке базы), то движение неосновных носителей в базе осуществляется только за счет диффузии. Такие транзисторы называются бездрейфовыми. В реальных биполярных

транзисторах, изготовленных по диффузионной технологии, база легирована неоднородно: Na(х)не равно const или Nd(х)не равно const. В базовых областях таких транзисторов имеется внутреннее электрическое поле Е, обуслoвливающее дрейфовый характер движения неосновных носителей в базе. Такие транзисторы называются дрейфовыми. Физически появление электрического поля в базе связано с необходимостью компенсации диффузионного потока основных носителей в базе, направленного в сторону уменьшения их концентрации. Важно подчеркнуть, что для неосновных носителей электронов в базе n-р-n-транзистора и дырок в базе р-n-ртранзистора, поле является ускоряющим и способствует их быстрому переносу от эмиттера к коллектору. Коллектор К предназначен для экстракции (вытягивания) неосновных носителей из базы в коллектор электрическим полем своего p-n - перехода. Р-n-переход, прилегающий к коллектору, называется коллекторным. В зависимости от направления смещения эмиттерного и коллекторного переходов различают четыре режима работы транзистора: 1) режим отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении (р-область отрицательна относительно обеих nобластей); 2) режим насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении; 3) активный режим, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном; 4) инверсный активный режим, когда коллекторный переход смещен в прямом направлении, а эмиттерный - в обратном. В качестве примера рассмотрим n-p-n-транзистор (рис.2),у которого напряжение между базой и эмиттером Uбэ=0,6 В, а между коллектором и эмиттером Uкэ=0,4 В. Определим, в каком режиме работает транзистор.

Рис.2 Так как Uбэ=0,6 В положительно, то эмиттерный переход смещен в прямом направлении (потенциал р-базы выше потенциала nэмиттера). Для того, чтобы найти напряжение на коллекторном переходе Uбк, воспользуемся 2-м законом Kирхгофа: Uбк = Uбэ - Uкэ = 0,6-0,4 = 0,2 В .

Так как напряжение Uбк положительно, то потенциал р-базы выше потенциала n-коллектора. Следовательно, коллекторный переход также смещен в прямом направлении. Таким образом, транзистор работает в режиме насыщения. Режимы отсечки и насыщения используются при работе транзистора в ключевых схемах (с двумя состояниями "включено""выключено"). Активный режим используется при работе транзистора в усилителях или генераторах. Инверсный режим используется в схемах двунаправленных переключателей, построенных на симметричных транзисторах. В транзисторных схемах один вывод прибора используется для входного сигнала, другой - для выходного сигнала. Третий вывод является общим для входного и выходного сигналов. В зависимости от того, какой именно вывод является общим, различают три схемы включения транзистора: 1) с общим эмиттером (ОЭ), 1) с общей базой (ОБ), 2) с общим коллектором (ОК). Как видно из рис.3, для схемы с ОБ (рис.3,а) входным током является ток эмиттера, выходным - ток коллектора; входным напряжением – напряжение эмиттер - база, выходным - коллектор база. Для схемы с ОЭ (Рис.3,б)входным током является ток базы, а выходным ток коллектора; входным напряжением является напряжение база - эмиттер, выходным - напряжение коллектор – эмиттер. Для схемы с ОК (рис.3,в) входным током является ток базы, а выходным - ток эмиттера; входным напряжением является напряжение база - коллектор, выходным - напряжение эмиттер – коллектор.

а)

б)

в) Рис.3 С определением входных и выходных величин связано понятие коэффициента усиления по току транзистора, который равен отношению выходного тока к входному. В схеме с ОЭ, где входным является ток базы, а выходным ток коллектора, коэффициент усиления по току равен β = Iк/Iб. В схеме с ОБ, где входным является ток эмиттера, а выходным - ток коллектора, коэффициент усиления по току равен α = Iк/Iэ. По первому закону Кирхгофа Iэ = Iк – Iб, т.е. Iк < Iэ. Следовательно, α < 1 и усиления по току в схеме с ОБ¸не происходит. 2.ФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

В БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Рассмотрим n-р-n-транзистор, включенный по схеме с ОЭ (рис.4). Будем считать, что транзистор работает в активном режиме, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный - в обратном. На рис.4 показано схематическое изображение n-p-n-транзистора, а также направления токов электронов и дырок в различных областях транзистора. Так как направления потоков и токов электронов противоположны (вследствие отрицательного заряда электронов), на рис.4 отдельно показаны электронные токи (сплошными стрелками) и соответствующие потоки электронов (пунктирными стрелками).

Рис.4 Вследствие прямого смещения эмиттерного перехода (потенциал р-базы выше потенциала n-эмиттера) осуществляется инжекция электронов из эмиттера в базу (ток электронов Inэ) и дырок из базы в эмиттер (ток дырок Ipэ). Сумма электронного и дырочного токов через эмиттерный переход равна току эмиттера Iэ , который представляет собой ток электронов, поставляемых эмиттерным контактом для компенсации ушедших из эмиттера электронов, и поступивших в эмиттер дырок. Таким образом, соотношение (1) представляет собой уравнение зарядовой нейтральности эмиттера. Так как процесс усиления определяется только потоком электронов, достигших коллектора, для эффективной работы транзистора должно выполняться условие Inэ >> Ipэ. Это достигается за счет того, что концентрация доноров в эмиттере на два-четыре порядка выше максимальной концентрации акцепторов в базе. Количественно эффективность инжекции определяется коэффициентом инжекции

(2) Следовательно, ток электронов, базу, может быть записан в виде

поступивших из

эмиттера

. Величина

γ у современных транзисторов составляет 0,98-0,995.

в

(3)

Электроны, поступившие из эмиттера в базу, перемещаются по направлению к коллектору, во-первых, под действием градиента их концентрации (ток диффузии), во-вторых, под действием ускоряющего внутреннего поля (ток дрейфа). По мере движения в базе электроны рекомбинируют с основными носителями (дырками). Дырки, исчезнувшие в результате рекомбинации, компенсируются равным количеством дырок, поступивших с базового контакта (ток дырок Ipr). Для уменьшения рекомбинационных потерь толщина базы Wб должна быть много меньше диффузионной длины электронов в ней Ln , т.е.

где Dn - коэффициент диффузии электронов, tn- время жизни электронов в базе. Количественно рекомбинационные потери в базе определяются коэффициентом переноса

æ

(4)

где Inк - ток электронов, достигших коллекторного перехода. В современных транзисторах рекомбинационные потери малы и æ ближе к 1, чем γ. С учетом формул (3) и (4) величину Inк можно связать с током эмиттера: æ

.

(5)

Величина α = γ·æ называется коэффициентом передачи тока эмиттера. Ток коллектора Iк отличается от Inк на величину тока обратно смещенного коллекторного перехода Iкбо: =

.

(6)

Ток Iкбо следует учитывать только в режиме отсечки, так как в других режимах Iэ >> Iкбо (на несколько порядков). Следовательно, в рассматриваемом режиме .

(7)

Из определения коэффициента усиления по току транзистора следует, что коэффициент передачи эмиттерного тока α равен коэффициенту усиления по току в схеме с ОБ. Таким образом, α характеризует усилительные свойства транзистора и в реальных приборах лежит в диапазоне 0,95-0,995. Важно подчеркнуть, что в активном режиме практически для всех транзисторов справедливо приближенное равенство Iк ≈ Iэ (так как α всегда близок к 1). Выразим коэффициент усиления по току в схеме с общим эмиттером β = Iк /Iб через величину α , имея в виду, что по 1-му закону Кирхгофа Iб = Iэ – Iк :

. (8) Из выражения (9) следует, что малому изменению α (например, за счет роста тока коллектора) соответствует большое изменение коэффициента усиления по току β. Например, изменению α от 0,95 до 0,995, т. е. на 5%, соответствует изменение β от 20 до 200, т.е. на 900%! Из этого примера видно, как важно иметь значения коэффициентов инжекции γ и переноса æ близкими к 1. Ток, поступающий в базу Iб (с базового контакта), равен .

(9)

Он является током дырок и имеет две составляющие: одна идет на восполнение диффузионной утечки дырок в эмиттер Ipэ (она определяется величиной γ), другая - на покрытие рекомбинационных величиной æ). Составляющие токов потерь Iрr (она определяется электронов и дырок в базе связаны условием зарядовой нейтральности. Согласно этому условию разность токов электронов, входящего в базу и выходящего из нее, равна аналогичной разности токов дырок: .

(10)

Из условия зарядовой нейтральности очевидна суть усиления базового тока в транзисторе. Будем для простоты считать, что ток базы полностью идет на покрытие рекомбинационных потерь, т.е. Iб=Iрr. Так как база выполняется узкой, то почти все носители (электроны), инжектированные эмиттером, достигают коллекторного перехода и создают ток коллектора. Поэтому несмотря на то, что токи Inэ и Inк являются большими величинами, практически равными току коллектора, их разность Inэ-Inк очень мала - порядка 0,01Iк. Согласно условию зарядовой нейтральности (10) так же мал и ток базы. Таким образом, транзистор позволяет с помощью малого тока базы управлять большим коллекторным током. Все электроны, достигшие коллекторного перехода, поступают в коллектор, несмотря на то, что коллекторный переход смещен в обратном направлении. Это объясняется тем, что электроны являются неосновными носителями в базе, для которых потенциальный барьер не является препятствием. В коллекторе электроны движутся (дрейфуют) к коллекторному контакту, причем количество электронов, поступивших в коллектор, равно количеству электронов ушедших через коллекторный контакт. Таким образом, условие зарядовой нейтральности в коллекторе можно представить в виде .

(11)

Рассмотрим работу транзистора в режиме насыщения. В этом режиме и эмиттерный и коллекторный р-n-переходы смещены в прямом направлении, причем напряжение на эмиттерном переходе всегда больше, чем на коллекторном. Чтобы понять смысл режима насыщения, обратимся к схеме рис.5, которая отличается от аналогичной схемы рис.4 наличием сопротивления Rк в цепи коллектора, включенного между источником напряжения и коллектором транзистора.

Рис.5 В активном режиме с ростом тока базы ток коллектора растет согласно соотношению Iк = β·Iб, в котором коэффициент усиления по току β в первом приближении можно считать постоянным. Вместе с тем, согласно 2-му закону Кирхгофа ток коллектора ограничен величиной (12) В этом выражении (Uкэ)нас = (0,05-0,2)В - напряжение насыщения транзистора. Если выполняется условие

(13) то ток коллектора перестает увеличиваться с ростом тока базы. Транзистор переходит в режим насыщения, что сопровождается смещением коллекторного перехода в прямом направлении. Например, если Uкк = 10 В, Rк = 100 Ом, β=50, то переход транзистора в режим насыщения произойдет при токах базы, превышающих следующую величину:

=

= 2 мА .

Зависимость тока коллектора Iк от тока базы Iб, построенная при условии постоянства β и (Uкэ)нас< Uкк/Rк в базу поступает дырок больше, чем это необходимо для

Рис.6 компенсации рекомбинационных потерь (ток Iрr) и диффузионной утечки дырок в эмиттер (ток Ipэ). Для сохранения зарядовой нейтральности базы избыток положительно заряженных дырок должен быть скомпенсирован либо за счет дополнительной инжекции отрицательно заряженных электронов из коллектора в базу, либо часть дырок должна уйти (инжектироваться) из базы в коллектор. И в том, и в другом случае это приводит к смещению коллекторного перехода в прямом направлении. Причем имеет место накопление избыточного заряда носителей (электронов и дырок) в базе и коллекторе. Напряжение коллектор - эмиттер в режиме насыщения (Uкэ)нас минимально, так как напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах направлены встречно: .

(14)

Следовательно, минимальна и мощность, рассеиваемая на транзисторе:

.

(15)

Это главное достоинство режима насыщения. В режиме отсечки оба перехода смещены в обратном направлении. Через транзистор протекает сравнительно небольшой ток утечки, который вместе с тем в β раз превышает ток насыщения обратносмещенного коллекторного перехода Iкбо:

.

(16) Физически это связано с тем, что ток насыщения коллекторного перехода играет роль базового тока, вызывающего в β раз больший коллекторный ток. 3. СТАТИЧЕСКИЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ

БИПОЛЯРНОГО

ТРАНЗИСТОРА

Основными статическими характеристиками являются входные, выходные и передаточные. Входные характеристики устанавливают связь входного тока Iб с входным напряжением Uбэ при постоянном напряжении коллекторэмиттер Uкэ: при

Uкэ = const .

(17)

Характер этой зависимости определяется эмиттерным р-n переходом, смещенным в прямом направлении, т.е. является экспоненциальным: .

(18)

Здесь Is - ток насыщения эмиттерного перехода. Величина m в показателе экспоненты с ростом тока изменяется в пределах 1<m<2. Минимальное значение m соответствует режиму низкого уровня инжекции, а максимальное - высокому. Напомним, что первый из указанных режимов характеризуется значением избыточной концентрации неосновных носителей в базе, много меньшим концентрации легирующей примеси, а второй - много большим. На рис.7 приведены входные характеристики биполярного транзистора, снятые при различных значениях Uкэ.

Рис.7 Из рис.7 видно, что заметное изменение тока базы начинается с определенных значений напряжения Uбэ. Для приборов на основе кремния величина этого напряжения составляет (0,5 - 0,6)В. При дальнейшем увеличении напряжения Uбэ происходит резкий рост базового тока, поэтому рабочий диапазон изменения напряжения Uбэ обычно не превышает 0,2 В. С ростом напряжения коллектор эмиттер Uкэ характеристики смещаются вправо, и тому же значению напряжения Uбэ соответствуют меньшие базовые токи ( Iб3
характеристиками (током коллектора Iк , Наибольший интерес представляют зависимости при

напряжением

Uкэ = const,

Uкэ). (19)

при Uкэ = const. (20) Чтобы проанализировать эти характеристики, воспользуемся выражением, связывающим ток коллектора с напряжениями на эмиттерном (Uбэ) и коллекторном (Uбк) переходах. (21) В этом выражении Is ток насыщения определяемый его электрофизическими параметрами:

транзистора,

(22) где q – заряд электрона, S - площадь поперечного сечения структуры, Wб -ширина базы, р(х) - концентрация дырок в базе, ni - собственная концентрация ( для кремния ni = 2·1010 см3 ),Dn = 30 см/с. Строго говоря, в выражении (21) фигурирует не коллекторный ток, а ток электронов, инжектированных из эмиттера в базу Inэ (см.рис.4). Однако если рекомбинационными потерями в базе можно пренебречь (Ln>>Wб), то эти токи оказываются практически равными. При низком уровне инжекции р(х) = Na(x), поэтому интеграл в знаменателе, носящий название числа Гуммеля в базе, может быть легко вычислен:

В активном режиме коллекторный переход смещен в обратном направлении, поэтому напряжение Uбк отрицательно и второй экспонентой в равенстве (21) можно пренебречь. При этом выражение (21) упрощается:

.

(23)

Следует подчеркнуть, что коллекторный ток в широком диапазоне пропорционален exp(Uбэ/φТ), и лишь при высоком уровне инжекции эта пропорциональность нарушается. Физически это связано с тем, что в режиме высокого уровня инжекции концентрация дырок в базе не равна концентрации акцепторов. Из условия зарядовой нейтральности базы следует ,

(24)

где np(х) избыточная концентрация электронов в базе, превышающая при высоком уровне инжекции концентрацию акцепторной примеси Na(x). С ростом напряжения Uбэ увеличивается избыточная концентрация np(х), и при достаточно больших значениях Uбэ именно np(x) становится определяющей в выражении (24). Это приводит к росту величины интеграла в знаменателе (22) и к снижению темпа роста зависимости Iк = f(Uбэ), определяемой выражением (21). На рис.8 приведена передаточная характеристика Iк = f(Uбэ) и дано ее качественное сопоставление с входной характеристикой Iб = f(Uбэ) при не слишком больших токах коллектора.

Рис.8 Из рисунка видно, что заметный рост коллекторного тока начинается по достижении определенного значения напряжения Uбэ (для кремниевых приборов величина этого напряжения составляет 0,5-0,6 В). Экспоненциальный характер передаточной характеристики (21) обусловливает резкий рост коллекторного тока Iк при увеличении напряжения Uбэ. В качестве примера определим, на какую величину следует повысить напряжение Uбэ, чтобы ток коллектора Iк увеличился на порядок. Пусть первоначальные значения тока коллектора и напряжения база - эмиттер равны Iк1 и Uбэ1, а окончательные - Iк2 и Uбэ. Тогда непосредственно из формулы (23)

.

Учитывая, что отношение коллекторных токов равно 10, после логарифмирования получим Uбэ2 - Uбэ1 = φТ ln10 = 2,3·φТ . При Т=300 К и φТ = 0,026 В. Следовательно, Uбэ2 - Uбэ1 = 2,3·φТ = 60 мВ. Таким образом, чтобы изменить ток коллектора в десять раз, необходимо изменить напряжение Uбэ всего на 60 мВ. Отсюда понятно, что диапазон изменения напряжения Uбэ не превышает (0,20,3) В. Передаточная характеристика Iк = f(Iб) при Uкэ =const определяет поведение коэффициента усиления по току β =Iк/Iб при изменении режима работы транзистора. У современных транзисторов величина β, в основном, определяется коэффициентом инжекции эмиттерного перехода, так как рекомбинационные потери в базе малы и коэффициент переноса ближе к 1, чем γ. Следовательно, α = æ·γ = γ, и выражение (8) для β принимает вид (25) Чтобы оценить влияние режима работы на величину γ=Inэ/(Inэ+Ipэ), можно воспользоваться выражением (23) для Inэ и аналогичным выражением для тока дырок Ipэ , которое отличается от Inэ только значением тока насыщения Is:

(26) В этом выражении Wэ - ширина эмиттера, n(x) – концентрация электронов, Dp - коэффициент диффузии дырок в эмиттере. В отличие от базы в эмиттере во всем диапазоне изменения коллекторных токов реализуется режим низкого уровня инжекции. Поэтому значение интеграла в знаменателе (26), называемого числом Гуммеля в эмиттере, не зависит от коллекторного тока:

С учетом выражений (23) и (26) можно найти величину γ в режиме низкого уровня инжекции:

(27) После подстановки равенства (27) в (25) найдем коэффициент усиления по току

(28)

На рис.9 показан вид зависимости коэффициента усиления по току β от тока коллектора Iк, построенной в логарифмическом масштабе.

Рис.9 Из выражения (28) следует, что при не слишком больших токах коллектора коэффициент усиления по току транзистора постоянен. При переходе к высокому уровню инжекции в базе согласно условию зарядовой нейтральности (24) р(х) становится больше Nа(х), что эквивалентно увеличению числа Гуммеля в базеGб. Таким образом, при больших коллекторных токах Iк величина β с ростом Iк начинает падать. В области очень малых токов, составляющих доли микроампера и ниже, при определении величины β необходимо учитывать третью составляющую тока базы, которой ранее мы пренебрегали. Это та часть тока базы, которая идет на покрытие рекомбинационных потерь в области пространственного заряда эмиттерного перехода (генерационно-рекомбинационный ток). Величина этого поэтому при тока не зависит от режима работы транзистора, уменьшении коллекторного тока в указанном диапазоне величина β также падает и при токах порядка наноампер может стать меньше единицы (т.е. Iк
говорилось при анализе передаточной характеристики Iк = f(Uбэ). Для приборов на основе кремния величина этого напряжения составляет (0,5-0,6)В. Следовательно, вплоть до Uбэ=(0,5-0,6)В выходное напряжение Uкэ будет оставаться близким к напряжению источника Uкк. Дальнейший рост напряжения Uбэ приведет к резкому увеличению тока коллектора Iк и падения напряжения на нагрузке Iк·Rн. При этом согласно 2-му закону Кирхгофа

Рис.10 Uкэ = Uкк-Iк·Rн происходит перераспределение напряжения между транзистором и сопротивлением нагрузки. Напряжение Uкэ резко падает. Снижение Uкэ при увеличении Uбэ происходит до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим насыщения. В режиме насыщения напряжение Uкэ = (Uкэ)нас минимально и с дальнейшим ростом Uбэ практически не меняется. Напряжение Uбэ = (Uбэ)нас, при котором происходит переход транзистора в режим насыщения, соответствует величине тока

и может быть определено по входной характеристике. Выходные характеристики устанавливают связь выходного тока Iк с выходным напряжением Uкэ при постоянном напряжении Uбэ или постоянном токе Iб: при

Uбэ = const ,

(29)

при

Iб = const .

(30)

Вид характеристик (29) и (30) показан на рис.11. При анализе характеристики Iк = f(Uкэ) при Uбэ = const воспользуемся

выражением (21) и уравнением Uбк = Uбэ - Uкэ, записанным для положительных направлений напряжений, показанных на рис.2. Если Uкэ = 0, то Uбк=Uбэ. Оба перехода смещены в прямом направлении, что означает работу транзистора в режиме насыщения. Согласно выражению (21) величина тока коллектора Iк равна нулю. По мере увеличения Uкэ вплоть до Uкэ = Uбэ транзистор продолжает оставаться в режиме насыщения, напряжение Uбк уменьшается, а ток Iк согласно выражению (21) быстро величивается. При Uкэ > Uбэ напряжение Uбк становится отрицательным, что означает переход транзистора в активный режим. Величина тока коллектора Iк при дальнейшем увеличении напряжения Uкэ практически перестает изменяться. Это непосредственно вытекает из выражения (21), в котором вторым слагаемым exp(Uбк/φТ) можно пренебречь по сравнению с первым exp(Uбэ/φТ)= const. Слабая зависимость тока коллектора Iк от напряжения Uкэ проиллюстрирована рис.11. Конечный наклон выходных характеристик обусловлен эффектом Эрли, т.е. расширением области пространственного заряда коллекторного перехода с ростом напряжения Uбк и соответствующим уменьшением ширины базы. Для количественной оценки эффекта Эрли воспользуемся величиной Uа, которая представляет собой точку пересечения выходных вольтамперных характеристик, экстраполированных до оси напряжений (рис.11).

Рис.11 Величина Uа называется напряжением Эрли и, как видно из рис.11, для n-р-n-транзисторов является отрицательной величиной. Строго говоря, величина Uа зависит от Uбк, однако в первом приближении этой зависимостью можно пренебречь, считая Uа =

const. Для транзисторов n-p-n-типа напряжение Эрли Uа имеет порядок 100 В. Обычно экспериментально снимают выходные характеристики, в которых параметром является ток базы Iб. Это связано с тем, что Iк зависит от Iб линейно, а от Uбэ - экспоненциально. Причем равным приращениям тока базы Iб соответствуют равные приращения тока коллектора Iк. В то же время изменение напряжения Uбэ вплоть до (0,5-0,6)В (для кремниевых транзисторов) вообще не приводит к заметному появлению тока коллектора Iк, а дальнейшее изменение Uбэ на каждые 60 мВ вызывает увеличение тока коллектора Iк на порядок. Зависимости Iк = f(Uкэ) при Iб = const показаны на рис.12. На том же рисунке пунктиром показана кривая постоянной мощности, ограничивающая область допустимых режимов работы транзистора.

Рис.12 Помимо ограничения по величине максимально допустимой мощности рассеивания на выходных характеристиках могут быть показаны также ограничения по максимальным величинам тока коллектора Iкmax и напряжения коллектор - эмиттер Uкэmax. 4. ПАРАМЕТРЫ ТРАНЗИСТОРА В РЕЖИМЕ МАЛЫХ СИГНАЛОВ Рассмотрим основные малосигнальные параметры транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Крутизна

при

.

(31)

Учитывая, что согласно (23) выполнения дифференцирования получим

, после

)

.

(32)

Из выражения (32) следует, что крутизна определяется режимом транзистора и не зависит от его электрофизических параметров. Линейная зависимость между крутизной и током коллектора сохраняется в широком диапазоне токов. Из определения крутизны следует, что она может быть получена из показанной на рис.8 передаточной характеристики транзистора Iк = f(Uбэ) при Uкэ = const.Крутизна является основным параметром, характеризующим усилительные свойства транзисторного каскада с общим эмиттером. Дифференциальный коэффициент усиления по току

при

.

(33)

При анализе передаточных характеристик отмечалось, чтo статический коэффициент усиления по току β в рабочем диапaзоне изменения токов коллектора в первом приближении постоянен и определяется выражением (28). Это означает, что дифференциальный коэффициент усиления по току β мало отличается от статического. Очевидно, что данный параметр может быть определен по передаточной характеристике Iк = f(Iб) при Uкэ = const. Дифференциальное входное сопротивление

при

.

(34)

Этот параметр является характеристикой входной цепи транзистора как нагрузки, образующей делитель напряжения с внутренним сопротивлением источника входного сигнала. Величину rбэ можно выразить через крутизну S и коэффициент усиления по ток β

(35) Учитывая выражение (32), установим связь rбэ с током коллектора Iк:

.

(36)

Дифференциальное входное сопротивление существенно нелинейно и с ростом тока коллектора уменьшается. Из определения rбэ следует, что этот параметр может быть найден из входной характеристики транзистора Iб = f(Uбэ) при Uкэ = const, приведенной на рис.7. Дифференциальное выходное сопротивление

при

.

(37)

Этот параметр является характеристикой выходной цепи транзистора. Из рис.11 и из выражения (37) следует, что

.

(38)

Как и величина дифференциального входного сопротивления, величина rкэ обратно пропорциональна току коллектора, т.е. дифференциальное выходное сопротивление существенно нелинейно. Очевидно, что rкэ может быть определено из выходных характеристик транзистора, показанных на рис.11. Дифференциальное сопротивление эмиттера

при

. (39)

С учетом выражений

(8), (9) и (35)

(40) При анализе транзисторных схем rэ должно быть включено в цепь эмиттера последовательно с внешним эмиттерным сопротивлением. Как следует из выражения (40), величина rэ в β+1 раз меньше величины rбэ. Это связано с тем, что ток базы в β+1 раз меньше тока эмиттера. Влияние выходного напряжения Uкэ на входной ток Iб и входное напряжение Uбэ можно учесть с помощью следующих параметров: обратной крутизны

при и коэффициента обратной передачи по напряжению

(41)

при

.

(42)

В низкочастотных схемах влиянием обратной передачи можно пренебречь. Установим взаимосвязь между входными (Uбэ, Iб) и выходными (Uкэ, Iк) параметрами транзистора. Будем считать две из указанных величин аргументами, а две оставшиеся - их функциями. Например, пусть . Полные дифференциалы этих функций равны

,

Учитывая определения дифференциальных параметров (31), (33), (34), (37) и пренебрегая обратной крутизной (41), получаем систему основных малосигнальных уравнений транзистора

,

(43)

.

(44)

Эту систему уравнений можно записать в матричной форме:

Согласно теории четырехполюсников приведенная выше матрица коэффициентов называется Y-матрицей, а сами коэффициенты yпараметрами. Таким образом, в режиме малых сигналов транзистор может рассматриваться как четырехполюсник. Аналогично может быть получена система основных малосигнальных уравнений транзистора, включающих h-параметры. В этом случае аргументами являются ток Iб и напряжение Uкэ, а функциями - напряжение Uбэ и ток Iк . ,

.

Найдя полные дифференциалы этих функций, с учетом определения дифференциальных параметров приходим к системе ,

(45) .

(46)

При выводе уравнений (45) и (46) мы пренебрегли коэффициентом обратной передачи по напряжению (42). По уравнениям (43), (44), (45) и (46) могут быть построены эквивалентные схемы замещения транзистора, представленные на рисунках 13,а)и 13,б).

Рис.13,а

Рис.13,б 5. ЧАСТОТНЫЕ СВОЙСТВА БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА С повышением частоты усилительные свойства транзистора ухудшаются: уменьшается усиление, появляются амплитудные и фазовые искажения. Причины этого - в конечном времени пролета неосновных носителей через базу, в наличии емкостей эмиттерного и коллекторного переходов, а также в проявлении эффекта Эрли. Анализ частотных характеристик транзистора может быть выполнен с помощью высокочастотной малосигнальной эквивалентной схемы замещения. Рассмотрим предварительно схему, которая учитывает эффекты первого порядка, связанные с конечной скоростью пролета носителей через базу и диффузионной емкостью

эмиттерного перехода. Время пролета tпр определяющее перенос неосновных носителей через базу, по определению равно отношению избыточного заряда неосновных носителей базы Qn к току коллектора Iк:

.

(47)

Величина tпр может быть получена либо расчетным путем, либо экспериментально. Диффузионная емкость эмиттерного перехода определяется зависимостью избыточного заряда неосновных носителей Qn от напряжения база - эмиттер Uбэ:

(48) Здесь S - крутизна, определенная в выражении (31). При переходе от низкочастотной схемы замещения (рис.13), построенной по уравнениям (43) и (44), к высокочастотной, учитывающей только эффекты первого порядка (рис.14), параллельно дифференциальному входному сопротивлению транзистора rбэ подключается диффузионная емкость CD, определяемая выражением (48).

Рис.14 Как следует из рис.14, вход схемы развязан с ее выходом. В действительности на высоких частотах за счет проявления эффекта Эрли выходное напряжение влияет на входные параметры. Чтобы определить величину емкости между коллектором и базой, обусловленную влиянием напряжения Uбк на величину заряда Qn, проанализируем выражение δQn/δUкб, имея в виду, что

, где Uа - напряжение Эрли (см. рис.11).

(49)

(50) При выводе (50) использовано соотношение (32). Величина η=φТ/ Uа показывает, во сколько раз изменение Iк под действием напряжения Uкб меньше, чем под действием напряжения Uбэ. Влияние напряжения коллектор - база на ток базы Iб можно определить, анализируя выражение δIб/δUкб:

(51) При выводе выражения (51) использовано соотношение (35). При переходе от схемы на рис.14 к высокочастотной малосигнальной эквивалентной схеме, учитывающей влияние выходного напряжения на входные параметры, необходимо согласно выражениям (50) и (51) включить между базовым и коллекторным выводами емкость величиной η·СD и сопротивление величиной rбэ/η. Последнее дополнение к схеме - учет барьерных емкостей и коллекторного Cjк переходов, которые эмиттерного Cjэ подключаются параллельно емкостям CD и η·CD соответственно.

Рис.15 Проанализируем зависимость коэффициента усиления по току β=Iк/Iб от частоты в режиме короткого замыкания по переменному току. Это означает, что на коллектор подано только постоянное напряжение. В этом режиме в эквивалентной схеме можно пренебречь элементами, обусловленными эффектом Эрли. Кроме того, будем иметь в виду, что в реальной измерительной схеме на входе действует источник базового тока Iб(t). Таким образом, расчетная эквивалентная схема приводится к более простому виду:

Рис.16 Если пренебречь незначительным по сравнению с Iк током через Cjк , то можно считать, что Iк ≈ S·Uбэ. Учитывая, что сопротивление rбэ , эмиттерная (CD+Cjэ) и коллекторная Cjк емкости включены параллельно, напряжение Uбэ в комплексной форме принимает вид

(52) Здесь Uбэ и Iб - комплексные действующие значения напряжения база - эмиттер и тока базы, C = CD+Cjэ+Cjк. Коэффициент усиления по току в комплексной форме с учетом выражения (52) (53) Здесь β0 = S·rбэ - низкочастотное значение коэффициента усиления по току, ω=2πf. Из выражения (53) следует, что частотная характеристика коэффициента усиления по току биполярного транзистора такая же, как у фильтра нижних частот первого порядка. Запишем модуль коэффициента усиления: .

(54)

Из выражения (54) можно определить граничную частоту (частоту среза) fгр , при которой коэффициент усиления по току уменьшается в раз. Полагая в (54) предельной частоты:

и

f=fгр , найдем величину

. С учетом равенства (55) выражение (54) можно записать в виде

(55)

.

(56)

Из выражений (54) и (56) можно определить частоту единичного усиления fТ , при которой │β │= 1. Полагая в (56) │ β │=1, f=fТ и пренебрегая 1 по сравнению с β0, получаем .

(57)

Рис.17 Как следует из выражения (55), fгр обратно пропорциональна дифференциальному входному сопротивлению транзистора rбэ. При включении транзистора по схеме с общей базой входным сопротивлением является дифференциальное сопротивление эмиттера rэ , определенное в формуле (39). В выражении (40) показано, что rэ в β+1 раз меньше сопротивления rбэ. По этой причине граничная частота усиления транзистора, включенного по схеме с общей базой, в β+1 раз больше, чем в схеме с общим эмиттером. Амплитудно-частотные характеристики биполярного транзистора для включения по схеме с общим эмиттером и по схеме с общей базой представлены на рис.17.

Контрольные вопросы . Тест 1 1. Для схемы, представленной на рисунке, соответственно укажите тип биполярного транзистора (БТ) и схему его включения.

Варианты ответа: a) БТ типа n-p-n, схема с ОЭ; b) БТ типа n-p-n, схема с ОБ; c) БТ типа p-n-p, схема с ОЭ; d) БТ типа n-p-n, схема с ОК; e) БТ типа p-n-p, схема с ОБ.

2. В какой схеме включения биполярного транзистора входным током является ток базы IБ, а выходное напряжение снимается с эмиттера? Варианты ответа:

a) в схеме с ОБ. b) в схеме с ОЭ. c) в схеме с ОК.

d) в схемах с ОЭ и ОБ. e) в схемах с ОЭ и ОК.

3. В каком режиме работы находится биполярный транзистор в схеме, представленной на рисунке, если UЭБ>0 и UБК>0?

Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

4. В каком режиме работает транзистор, в схеме представленной на рисунке, если напряжения UБЭ = 0,6 В, UКЭ = 0,8 В?

Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

5. Какие носители участвуют в процессе инжекции в биполярном транзисторе p-n-p типа, включенном по схеме с общей базой и работающем в активном режиме. Варианты ответа: a) дырки области базы и электроны эмиттера; b) дырки областей базы и эмиттера; c) электроны области базы и дырки эмиттера; d) электроны областей базы и эмиттера; e) дырки области коллектора и электроны базы. 6. В схеме транзисторного ключа напряжение источника питания UКК = 20 В, сопротивление в цепи коллектора RК = 100 Ом. Каков должен быть коэффициент усиления по току транзистора β, чтобы он переходил в режим насыщения при минимальном токе базы IБ = 0,01 А. Напряжением коллектор-эмиттер UКЭ.нас пренебречь.

Варианты ответа: 50 d) 20

a) 200

b) 100 c)

e) 10

7. Укажите связь между электрическими величинами, определяющими выходную характеристику биполярного транзистора при включении по схеме с ОЭ. Варианты ответа: a) b) c) d) e)

IЭ = f(UКЭ) при UКЭ = f(UБЭ) при IК = f(UБЭ) при UБЭ = f(UКЭ) при IК = f(UКЭ) при

UБЭ= const; IБ = const; UКЭ = const; IБ = const; UБЭ = const.

8. Коэффициент инжекции биполярного транзистора γ = 0,99, коэффициент переноса æ = 0,99, обратный ток коллекторного перехода IКБ0 = 10 мкА.. Определить при каком токе эмиттера IЭ ток базы IБ = 0? Варианты ответа: a) 0,1 мА; d) 0,05 мА;

b) 1 мА; e) 0,5 мА.

c) 0,2 мА;

9. Напряжение база-эмиттер биполярного транзистора, работающего в активном режиме при включении с ОЭ, получило приращение ΔUБЭ = 2φт. Во сколько раз изменится ток коллектора ? Передаточную характеристику считать строго экспоненциальной. Варианты ответа:

a) увеличится в е/2 раз ;

b) увеличится в е раз;

c) увеличится в е2 раз; e) уменьшится в е2 раз.

d) уменьшится в е раз;

10. Граничная частота коэффициента усиления по току биполярного транзистора при включении с общим эмиттером и β = 50 составляет fгр.β = 100 кГц. Чему равна граничная частота этого транзистора при включении с общей базой fгр.α ? Варианты ответа: a)

51,28 кГц, d) 5,1 МГц,

b)

2 МГц, c) e) 10 МГц.

5 МГц,

Тест 2 1. Для схемы, представленной на рисунке, соответственно укажите тип биполярного транзистора (БТ) и схему его включения.

Варианты ответа: a) БТ типа b) БТ типа c) БТ типа d) БТ типа e) БТ типа

n-p-n, схема с ОЭ; n-p-n, схема с ОБ; p-n-p, схема с ОЭ; n-p-n, схема с ОК; p-n-p, схема с ОБ.

2. В какой схеме включения биполярного транзистора входным током является ток базы IБ, а выходное напряжение снимается с коллектора? Варианты ответа:

a) в схеме с ОБ. b) в схеме с ОЭ. c) в схеме с ОК.

d) в схемах с ОЭ и ОБ. e) в схемах с ОЭ и ОК.

3. В каком режиме работы находится биполярный транзистор в схеме, представленной на рисунке, если UЭБ>0 и UКБ>0? Варианты ответа: b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

4. В каком режиме работает транзистор, в схеме представленной на рисунке, если напряжения UБЭ= 0,7 В, UКЭ = 0,5 В? Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме.

5. Какие носители участвуют в процессе инжекции в биполярном транзисторе n-p-n типа, включенном по схеме с общим эмиттером и работающем в активном режиме . Варианты ответа: a) дырки области базы и электроны эмиттера; b) дырки областей базы и эмиттера; c) электроны области базы и дырки эмиттера; d) электроны областей базы и эмиттера; e) дырки области коллектора и электроны базы. 6. В схеме транзисторного ключа напряжение источника питания UКК = 30 В, сопротивление в цепи коллектора RК = 150 Ом, коэффициент усиления по току транзистора β = 100. При каком минимальном токе базы IБ транзистор переходит в режим насыщения? Напряжением коллектор-эмиттер UКЭ.нас пренебречь.

Варианты ответа: 5 мА b) 0,2 А c) 0,1 А

a) 0,3 А

d)

e) 2 мА

7. Укажите связь между электрическими величинами, определяющими передаточную характеристику биполярного транзистора при включении по схеме с ОЭ. Варианты ответа:

a) b)

IЭ = f(UКЭ) при UКЭ = f(UБЭ) при

UБЭ= const; IБ = const;

c) d) e)

IК = f(UБЭ) IК = f(UБЭ) IК = f(UКЭ)

при при при

UКЭ = const; IБ = const; UБЭ = const.

8. Коэффициент инжекции биполярного транзистора γ = 0,98, коэффициент переноса æ = 0,97, обратный ток коллекторного перехода IКБ0 = 1 мкА, ток базы IБ = 20 мкА. Определить ток коллектора IК . Варианты ответа: a) IК = 192 мкА; d) IК = 1 мА;

b) IК = 0,4 мА; e) IК = 2 мА.

c) IК = 0,7 мА;

9. При постоянной составляющей тока коллектора биполярного транзистора при включении с ОЭ IKO = 5 мА приращение напряжения на коллекторе составило ΔUКЭ = 1 В. Определить, каким будет приращение коллекторного тока ΔIK? Напряжение Эрли принять равным UA = 100 В. мкА;

Варианты ответа: a) ΔIK = 10 мкА; c) ΔIK = 500 мкА;

b) ΔIK = 50 d) ΔIK = 1 мА; e) ΔIK = 5 мА.

10. Граничная частота коэффициента усиления по току биполярного транзистора при включении с общей базой и α = 0,95 составляет fгр.α = 1 МГц. Чему равна граничная частота этого транзистора при включении с общим эмиттером fгр.β ? Варианты ответа:

a) c)

50 кГц, 487 МГц,

b) d)

52,6 кГц, 19 МГц,

e)

20

МГц.

Тест 3. 1. Для схемы, представленной на рисунке, соответственно укажите тип биполярного транзистора (БТ) и схему его включения. Варианты ответа: a) БТ типа n-p-n, схема с ОЭ; b) БТ типа n-p-n, схема с ОБ; c) БТ типа p-n-p, схема с ОЭ; d) БТ типа n-p-n, схема с ОК; e) БТ типа p-n-p, схема с ОБ.

2. В какой схеме включения биполярного транзистора входным током является ток эмиттера IЭ, а выходное напряжение снимается с коллектора? Варианты ответа:

a) в схеме с ОБ. b) в схеме с ОЭ. c) в схеме с ОК.

d) в схемах с ОЭ и ОБ. e) в схемах с ОЭ и ОК.

3. В каком режиме работы находится биполярный транзистор в схеме, представленной на рисунке, если UЭБ<0, а UКБ>0 ? Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

4. В каком режиме работает транзистор, в схеме представленной на рисунке, если напряжения UБЭ = 0,7 В, UКЭ = 0,6 В? Варианты ответа:

UБЭ

a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

5. Укажите условие, способствующее росту величины коэффициента инжекции биполярного транзистора. Варианты ответа: a) увеличение степени легирования областей эмиттера и базы b) выравнивание концентрации основных носителей областей базы и эмиттера c) увеличение концентрации основных носителе области коллектора d) увеличение концентрации основных носителей области эмиттера и уменьшение концентрации основных носителей базы e) увеличение степени легирования области базы. 6. В схеме транзисторного ключа сопротивление в цепи коллектора RК = 100 Ом, ток базы транзистора IБ = 0,002 А, коэффициент усиления по току транзистора β = 50. Определить при каком максимальном напряжении источника питания UКК транзистор перейдет в режим насыщения? Напряжением коллектор-эмиттер UКЭ.нас пренебречь.

Варианты ответа: d) 10 В; b) 50 В; c) 20 В;

a) 100 В; e) 5,5 В.

7. Укажите связь между электрическими величинами, определяющими входную вольтамперную характеристику биполярного транзистора при включении по схеме с ОЭ. Варианты ответа: a) b) c) d) e) 8.

IЭ = f(UБЭ) при UКЭ = f(UБЭ) при IБ = f(UБЭ) при UБЭ = f(IБ) при IЭ = f(UКЭ) при

UКБ = const; IБ = const; UКЭ = const; UКЭ = const; UБЭ = const.

Коэффициент инжекции биполярного транзистора γ = 0,98, коэффициент переноса æ = 0,97, обратный ток коллекторного перехода IКБ0 = 1мкА, ток базы IБ = 20 мкА. Определить ток эмиттера IЭ .

Варианты ответа: a) IЭ = 20,4 мкА; c) IЭ = 0,2 мА; d) IЭ = 0,42 мА;

b) IЭ = 20,6 мкА; e) IЭ = 0,82 мА.

9. Биполярный транзистор работает в активном режиме при включении с ОЭ. На какую величину нужно изменить напряжение база-эмиттер ΔUБЭ, чтобы ток коллектора увеличился в е раз? Передаточную характеристику считать строго экспоненциальной .

Варианты ответа: a) уменьшить в 2 раза; b) уменьшить на φt ; c) увеличить на φt ; d) увеличить в е раз; e) увеличить на 2φt . 10. Какую частоту называют предельной частотой коэффициента усиления по току биполярного транзистора fT? Варианты ответа: a) на которой коэффициент усиления по току максимальный; b) на которой величина коэффициента усиления по току при включении с ОЭ β уменьшается на 3 децибелла (в 1.41 раза); c) на которой коэффициент усиления по току β = 1; d) на которой коэффициент усиления по току β = 0; e) на которой коэффициент усиления по току при включении с ОБ α = 1.

Тест 4. 1. Для схемы, представленной на рисунке, соответственно укажите тип биполярного транзистора (БТ) и схему его включения. Варианты ответа: a) БТ типа n-p-n, схема с ОЭ; b) БТ типа n-p-n, схема с ОБ; c) БТ типа p-n-p, схема с ОЭ; d) БТ типа n-p-n, схема с ОК; e) БТ типа p-n-p, схема с ОБ.

2. В какой схеме включения биполярного транзистора входным током является ток базы IБ, а выходное напряжение снимается с эмиттера? Варианты ответа:

a) в схеме с ОБ. b) в схеме с ОЭ. c) в схеме с ОК.

d) в схемах с ОЭ и ОБ. e) в схемах с ОЭ и ОК.

3. В каком режиме находится биполярный транзистор в схеме, представленной на рисунке, если UБЭ>0 и UКБ>0? Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

4. В каком режиме работает транзистор, в схеме представленной на рисунке, если напряжения UЭБ = 0,7 В, UЭК = 0,9 В? Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

Укажите условие, способствующее росту величины коэффициента переноса 5. биполярного транзистора, работающего в активном режиме при включении по схеме с общим эмиттером. Варианты ответа: a) b) c) d) e)

увеличение толщины области базы; увеличение концентрации основных носителей области коллектора; уменьшение дрейфовой составляющей скорости неосновных носителей в базе; увеличение времени жизни неосновных носителей в базе; уменьшение времени жизни неосновных носителей в базе.

6. В схеме транзисторного ключа напряжение источника питания UКК = 24 В, сопротивление в цепи коллектора RК = 150 Ом. Каков должен быть коэффициент усиления по току транзистора β, чтобы он переходил в режим насыщения при минимальном токе базы IБ = 0,01 А? Напряжением коллектор-эмиттер UКЭ.нас пренебречь.

Варианты ответа:

a) 200 b) 160 c) 100

d) 20 e) 16

7. Укажите связь между электрическими величинами, определяющими входную вольтамперную характеристику биполярного транзистора при включении по схеме с ОБ. Варианты ответа:

a) b) c) d) e)

IЭ = f(UЭБ) IБ = f(IК) IК = f(UБЭ) IЭ = f(UКЭ) UБЭ = f(IЭ)

при при при при при

UКБ = const; UКЭ = const; UКЭ = const; IБ = const; UКБ = const.

8. Коэффициент инжекции биполярного транзистора γ = 0,98, коэффициент переноса æ = 0,97. Определить коэффициенты усиления по току биполярного транзистора при включении с общей базой α и общим эмиттером β . Варианты ответа: a) α = 0,95, β = 39; b) α = 0,95, β = 19; c) α = 0,97, β = 32; d) α = 0,98, β = 49; e) α = 19, β = 0,95. 9. Биполярный транзистор n-p-n – типа работает в активном режиме и включен по схеме с ОЭ. Постоянная составляющая тока коллектора IKO = 10 мА. На какую величину нужно изменить напряжение коллектор-эмиттер ΔUКЭ, чтобы ток коллектора увеличился на 0,1 мА? Напряжение Эрли принять равным . Варианты ответа: a) уменьшить на 10В; c) уменьшить на 0,1В; d) увеличить на 0,1В;

b) уменьшить на 1В; e) увеличить на 1В.

10. Какую частоту называют граничной частотой коэффициента усиления по току биполярного транзистора ? Варианты ответа: a) на которой коэффициент усиления по току максимальный; b) на которой величина коэффициента усиления по току при включении с ОБ

α уменьшается в раз (на 3 децибелла); c) на которой коэффициент усиления по току β = 1; d) на которой коэффициент усиления по току α = 1; e) на которой коэффициент усиления по току при включении с ОБ α = 0.

Тест 5 1.

Для схемы, представленной на рисунке, соответственно укажите тип биполярного транзистора (БТ) и схему его включения.

Варианты ответа: a) БТ типа p-n-p, схема с ОЭ; b) БТ типа n-p-n, схема с ОК; c) БТ типа n-p-n, схема с ОЭ; d) БТ типа n-p-n, схема с ОК; e) БТ типа p-n-p, схема с ОБ. 2. В какой схеме включения биполярного транзистора входным током является ток базы IБ, а выходным ток эмиттера IЭ? Варианты ответа:

a) в схеме с ОБ. b) в схеме с ОЭ. c) в схеме с ОК.

d) в схемах с ОЭ и ОБ. e) в схемах с ОЭ и ОК.

3. В каком режиме работы находится биполярный транзистор в схеме, представленной на рисунке, если UЭБ>0 и UКБ>0? Варианты ответа: a) в режиме насыщения. b) в активном режиме. c) в режиме отсечки. d) в инверсном активном режиме

4. В каком режиме работает транзистор, в схеме представленной на рисунке, если напряжения UБЭ = 0,5 В, UКЭ = 0,2 В? Варианты ответа:

UКЭ

a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме.

5. Какие носители участвуют в процессе инжекции в биполярном транзисторе p-n-p типа, включенном по схеме с общей базой и работающем в режиме насыщения. Варианты ответа: a) неосновные носители областей базы и эмиттера; b) дырки областей коллектора и эмиттера; c) основные носители областей эмиттера, базы и коллектора; d) электроны областей базы и эмиттера; e) неосновные носители областей коллектора, базы и эмиттера. 6. В схеме транзисторного ключа напряжение источника питания UКК = 20 В, сопротивление в цепи коллектора RК = 100 Ом., коэффициент усиления по току транзистора β = 100.В каком режиме находится транзистор, если ток базы IБ = 0,01 А? Напряжением коллектор-эмиттер UКЭ.нас пренебречь.

Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме 7. Укажите связь между электрическими величинами, определяющими выходную характеристику биполярного транзистора при включении по схеме с ОБ. Варианты ответа:

a) b) c) d) e)

IЭ = f(UКЭ) UКЭ = f(UБЭ) IК = f(UЭБ) UБЭ = f(UКЭ) IК = f(UКБ)

при при при при при

UБЭ= const; IБ = const; UКБ = const; IБ = const; UЭБ = const.

8. Укажите выражение, связывающее коэффициенты усиления по току биполярного транзистора при включении с общей базой α и с общим эмиттером β. Варианты ответа:

a) b) c) d)

β = α / (1 - α ); β = α / (1 + α ); β=(1+α)/α; β = (1 + α ) / (1 - α );

β= (1-α)/α.

e)

9. Биполярный транзистор p-n-p – типа работает в активном режиме и включен по схеме с ОБ. Как нужно изменить напряжение эмиттер-база ΔUЭБ, чтобы ток коллектора увеличился е раз ? Передаточную характеристику транзистора считать строго экспоненциальной. Варианты ответа: a) уменьшить на 2φt; b) уменьшить на φt; c) увеличить на φt; d) увеличить на 2φt; e) увеличить в е раз. 10.

Каков характер частотной зависимости модуля коэффициента усиления по току биполярного транзистора β при его включении по схеме с ОЭ? Варианты ответа:

а) величина β уменьшается при уменьшении частоты в области низких частот; b) величина β уменьшается при увеличении частоты в области высоких частот; c) величина β увеличивается при уменьшении частоты в области низких частот и увеличении в области высоких частот; d) частотная зависимость β практически отсутствует; e) величина β максимальна на граничной частоте fβ гр;

Тест 6 1. Для схемы, представленной на рисунке, соответственно укажите тип биполярного транзистора (БТ) и схему его включения. Варианты ответа: UВЫХ

a) БТ типа p-n-p, схема с ОЭ; UВХ

b) БТ типа n-p-n, схема с ОК; c) БТ типа n-p-n, схема с ОЭ; d) БТ типа n-p-n, схема с ОК; e) БТ типа p-n-p, схема с ОБ. 2. В какой схеме включения биполярного транзистора входным током является ток эмиттера IЭ, а выходным ток коллектора IК? Варианты ответа:

a) в схеме с ОБ. b) в схеме с ОЭ.

d) в схемах с ОЭ и ОБ. e) в схемах с ОЭ и ОК.

c) в схеме с ОК. 3. В каком режиме работы находится биполярный транзистор в схеме, представленной на рисунке, если UБЭ>0, UКЭ<0 ?

UКЭ

Варианты ответа: UБЭ

a) в режиме отсечки ; b) в режиме насыщения; c) в активном режиме; d) в инверсном активном режиме. 4. В каком режиме работает транзистор, в схеме представленной на рисунке, если напряжения UБЭ = 0,5 В, UКЭ = 0,2 В? Варианты ответа: UКЭ

a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме

5. Отношением каких составляющих токов биполярного транзистора p-n-p-типа при включении по схеме с ОЭ определяется коэффициент переноса? Варианты ответа: a) отношением электронной составляющей тока эмиттера Inэ к электронной составляющей тока базы Inб; b) отношением дырочной составляющей тока эмиттера Ipэ к дырочной составляющей тока коллектора Ipк;

c) отношением электронной составляющей тока эмиттера Inэ к дырочной составляющей тока коллектора Ipк; d) отношением дырочной составляющей тока коллектора Ipк к дырочной составляющей тока эмиттера Ipэ; e) отношением электронной составляющей тока коллектора Inк к дырочной составляющей тока базы Ipб. 6. В схеме транзисторного ключа напряжение источника питания UКК = 24 В, сопротивление в цепи коллектора RК = 50 Ом., коэффициент усиления по току транзистора β = 30.В каком режиме находится транзистор, если ток базы IБ = 0,01 А. Напряжением коллектор-эмиттер UКЭ.нас пренебречь.

Варианты ответа: a) в режиме отсечки. b) в режиме насыщения. c) в активном режиме. d) в инверсном активном режиме 7. Укажите связь между электрическими величинами, определяющими выходную характеристику биполярного транзистора при включении по схеме с ОЭ. Варианты ответа: a) IЭ = f(UКЭ) при UБЭ= const; b) UКЭ = f(UБЭ) при IБ = const; c) IК = f(UБЭ) при UКЭ = const; d) UБЭ = f(UКЭ) при IБ = const; e) IК = f(UКЭ) при IБ = const. 8. Укажите выражение, связывающее коэффициенты усиления по току биполярного транзистора при включении с общей базой α и с общим эмиттером β. Варианты ответа: a) α = β / (1 – β ); b) α = ( β – 1 ) / (1 + β ); c) α = ( β – 1 ) / β ; d) α = ( β + 1 ) / (β - 1 ); e) α = β / (1 + β ). 9. Биполярный транзистор с коэффициентом усиления по току β = 50 работает в активном режиме и включен по схеме с ОЭ. Постоянная составляющая тока коллектора IК0 = 5 мА. Определить входное сопротивление транзистора rБЭ ? Тепловой потенциал φT принять равным φT = 0,025 В. Варианты ответа: Ом;

a)

5 Ом; b) d) 200 Ом;

24,5 Ом; c) e) 250 Ом.

25

10. Каков характер частотной зависимости модуля коэффициента усиления по току биполярного транзистора α при его включении по схеме с ОБ?

Варианты ответа: а) величина α увеличивается при уменьшении частоты в области низких частот и увеличении в области высоких частот; b) величина α уменьшается при уменьшении частоты в области низких частот; c) величина α уменьшается при увеличении частоты в области высоких частот; d) величина α максимальна на граничной частоте fα гр; e) частотная зависимость α практически отсутствует.