Классификация транзисторов и их основные параметры
Транзистор — это полупроводниковый прибор как минимум с двумя с р-h-переходами и тремя выводами, который предназначен для усиления, преобразования и генерирования электрических колебаний.
Основная классификация транзисторов осуществляется по:
- Исходному полупроводниковому материалу. По данному критерию транзисторы подразделяются на кремниевые и германиевые.
- Мощности. По данному критерию транзисторы подразделяются на транзисторы большой, средней и малой мощности.
- Частоте. По данному критерию транзисторы подразделяются на сверхвысокочастотные, высокочастотные, среднечастотные, низкочастотные.
В радиотехнике самыми распространенными транзисторами являются полевые и биполярные. У полевых транзисторов управление выходным электрическим током осуществляется электрическим полем. У полевых трансформаторов три электрода: сток, исток и затвор. Достоинство полевого транзистора заключается в том, что электрический ток затвора (входного электрода очень мал), что определяет высокое входное сопротивление каскадов на них, что способствует устранению влияния последующих каскадов схемы на предыдущие. К основным параметрам полевых транзисторов можно отнести:
- Напряжение отсечки.
- Напряжения между стоком и затвором, между затвором и истоком, между стоком и истоком.
- Максимальный электрический ток стока.
В полупроводниковой структуре биполярного транзистора сформировано два р-n-перехода, перенос заряда через которые осуществляется двумя носителями — дырками и электронами. Данный транзистор используется в устройствах, которые генерируют или усиливают электрические колебания, а иногда в качестве коммутирующего элемента. Основными параметрами этого типа транзисторов являются: входное сопротивление, максимально допустимы электрический ток, входная проводимость, коэффициент передачи по току, обратный ток коллектора, время включения, выходная проводимость и другие.
Пример расчета транзистора с общим эмиттером
Эмиттер — это область транзистора, назначение которой заключается в инжекции носителей заряда на базу.
Сначала нам необходимо рассчитать максимальную статическую мощность, рассеивающуюся на транзисторе в моменты прохождения переменного сигнала через рабочую точку при статическом режиме его функционирования. Формула выглядит следующим образом:
Рст. макс = 0,8 • Рмакс
где, Рмакс — максимальная мощность транзистора по справочнику или инструкции
После этого определим электрический ток коллектора без сигнала (то есть в статическом режиме работы):
Iко = Рст. Макс / Uкэо = Рст. Макс / (Uп / 2)
где, Uп — напряжение питания.
Так как в статическом режиме на транзисторе напряжение питания уменьшается на половину, то вторая половина будет уменьшаться на резисторах, то есть:
(Rk + Rэ) = (Uп / 2) / Iко
Учитываем, что:
Rk = 10 • Rэ
Где, Rк — коллекторное сопротивление; Rэ — эмиттерное сопротивление.
Напряжения в коллекторе в статическом режиме транзистора можно вычислить по следующей формуле:
Uко = (Uкэо + Iко • Rэ) = (Uп – Iко • Rк)
Электрический ток базы, которая управляет транзистором, рассчитывается следующим образом:
Iб = Iк / h21 = [Uп / (Rк + Rэ)] / h21
где, h21 – коэффициент усиления электрического тока базы (при условии включения с общим эмиттером).
Полный базовый ток определяется напряжением смещения на базе, заданным делителями Rб1 и Rб2 (рисунок ниже, там же изображена вольтамперная характеристика). Резистивный ток должен быть в 5-10 раз больше, чем ток управления базы.
Рисунок 1. Полный базовый ток. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 2. Полный базовый ток. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Rб1Rб2: Iдел = 10 • Iб
Таким образом полное сопротивление резисторов будет равняться:
Rб1 + Rб2 = Uп / Iдел
Напряжение на эмиттере равняется:
Uэ = Iк0 • Rэ
где, Iк0 - ток покоя транзистора
Напряжение на базе рассчитывается следующим образом:
Uб = Uэ + Uбэ
где, Uбэ-напряжение рабочей точки транзистора.
И через формулу делителя рассчитываем:
Rб2 = (Rб1 + Rб2) • Uб / Uп
Разделительные конденсаторы подбираются с учетом требуемой амплитудно-частотной характеристики каскада. На нижних частотах амплитудно-частотная характеристика зависит от времени перезарядки разделительных конденсаторов. Емкость должна быть такого значения, которое не позволит конденсаторам успевать перезаряжаться. Входное сопротивление каскада транзистора намного больше, чем выходное сопротивление. Амплитудно-частотная характеристика определяется постоянной времени:
tн = Rвх - Свх
где, Rвх = Rэ • h21; Свх - разделительная входная емкость каскада.
Спад амплитудно-частотной характеристики в области верхних частот определяется постоянной времени перезаряда:
tв = Rвых • Ck = Rk • Ck
где, Ск - паразитная емкость коллекторного перехода, указываемая в справочнике или инструкции. При расчете звуковых частот паразитной емкостью можно пренебречь, так как она незначительна.
