Полупроводники

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций

напряжения

DUбэ :

DUбэ = UбэD -UбэA

на

величинуDUэб ,

находим

приращение

тока

базы

¢

DIб = IбD - IбA .

¢

Подставляя найденные значения DUбэ

и DI

б в выражение (3.31), получаем:

h11э =

DUбэ

.

(3.38)

¢

Uкэ = const

DIб

Для нахождения параметра h12

необходимы две входные характеристики, снятые для Uкэ ¹ 0 .

Предположим, что кроме приведенных входных характеристик была бы еще одна, снятая, на-

пример, для Uкэ = 3 В (показана на рис. 3.21, а пунктиром). Тогда, находя на этой характеристике точ-

ку E , соответствующую базовому току IбA , можно было бы определить:

¢

¢

= 5 - 3 = 2 В,

DUбэ = UбэA -UбэE и DUкэ = UкэA -UкэE

где UкэA и UкэE – значения напряжений на коллекторе, при которых сняты входные характеристики с

точкой A и точкой E . Подставляя найденные значения в выражение (3.32), можно было бы получить:

¢

h12э =

DUбэ

.

(3.39)

¢

DUкэ Iб = IбA = const

Использование для нахождения этого параметра входной

характеристики

приUкэ = 0

В

дает

большую погрешность, так как при малых значениях Uкэ

входные характеристики располагаются да-

леко друг от друга, а затем их частота возрастает и уже при Uкэ » 5 В они практически сливаются друг

с другом. Поскольку в справочниках обычно приводится входная характеристика только для одного

значения Uкэ ¹ 0 , точно определить параметр h12

в нашем случае невозможно.

3.7. Режимы работы транзистора

Рассмотрим каскад усиления на транзисторе, включенном

по схеме с общим эмиттером (рис. 3.22). При изменении вели-

Iк

чины входного сигнала будет изменяться ток базы Iб . Ток кол-

Rк

Uвых

лектора Iк изменяется пропорционально току базы:

Iк = bIб .

(3.40)

Iб

Eк

Изменение тока коллектора можно проследить по вы-

ходным характеристикам транзистора (рис. 3.23). На оси абс-

E1

цисс отложим отрезок, равный Eк – напряжению источника

питания коллекторной цепи, а на оси ординат отложим отрезок,

Iэ

соответствующий максимально возможному току в цепи этого

источника:

Iк max = Eк .

(3.41)

Rк

Рис. 3.22. Схема усилительного каскада

Между этими точками проведем прямую

Iк

линию, которая

называется линией

нагрузки и

описывается уравнением:

Iк max

2

Iк =

E

к

-U

кэ ,

(3.42)

I

к нас2

Iб нас

Rк

насыщения

a

где Uкэ – напряжение между коллектором и

эмиттером

транзистора;

Rк – сопротивление

нагрузки в коллекторной цепи.

Режим

Из (3.42) следует, что

Iб1 > 0

R =

Eк

= tga .

(3.43)

1

к

Iк max

Iк0

Iб

= 0

И, следовательно, наклон линии нагрузки

Uкэ2 =Uкэ нас =Uкэ0 Uкэ1 Eк

Uкэ

определяется сопротивлением R . Из рис. 3.23

к

Рис. 3.23. Режимы работы биполярного транзистора

61

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций

следует, что в зависимости от тока базы Iб , протекающего во входной цепи транзистора, рабочая точка транзистора, определяющая его коллекторный ток и напряжениеUкэ , будет перемещаться вдоль линии нагрузки от самого нижнего положения (точки 1, определяемой пересечением линии нагрузки с выходной характеристикой при Iб = 0 ), до точки 2, определяемой пересечением линии нагрузки с начальным крутовозрастающим участком выходных характеристик.

Зона, расположенная между осью абсцисс и начальной выходной характеристикой, соответствующей Iб = 0 , называется зоной отсечки и характеризуется тем, что оба перехода транзистора– эмиттерный и коллекторный смещены в обратном направлении. Коллекторный ток при этом представляет собой обратный ток коллекторного перехода– Iк0 , который очень мал и поэтому почти все напряжение источника питания Eк падает между эмиттером и коллектором закрытого транзистора:

Uкэ1 » Eк .

Ападение напряжения на нагрузке U Rк очень мало и равно:

U R = Iк0Rк .	(3.44)
к

Говорят, что в этом случае транзистор работает врежиме отсечки. Поскольку в этом режиме ток, протекающий по нагрузке исчезающе мал, а почти все напряжение источника питания приложено к закрытому транзистору, то в этом режиме транзистор можно представить в виде разомкнутого ключа.

Если теперь увеличивать базовый ток Iб , то рабочая точка будет перемещаться вдоль линии нагрузки, пока не достигнет точки 2. Базовый ток, соответствующий характеристике, проходящей через точку 2, называется током базы насыщения Iб нас . Здесь транзистор входит в режим насыщения и дальнейшее увеличение базового тока не приведет к увеличению коллекторного токаIк . Зона между осью ординат и круто изменяющимся участком выходных характеристик называется зоной насыщения. В этом случае оба перехода транзистора смещены в прямом направлении; ток коллектора достигает максимального значения и почти равен максимальному току источника коллекторного питания:

Iк max » Iк нас2 ,	(3.45)
а напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистораUкэ0	оказывается очень ма-
леньким. Поэтому в режиме насыщения транзистор можно представить в виде замкнутого ключа.

Промежуточное положение рабочей точки между зоной отсечки и зоной насыщения определяет работу транзистора в режиме усиления, а область, где она находится, называется активной областью. При работе в этой области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторный – в обратном.

3.8.Предельные режимы работы транзистора

Впаспортных данных каждого транзистора указывается его предельно допустимая мощность рассеивания, превышение которой недопустимо, так как ведет к тепловому разрушению полупровод-

		никовой структуры. Возьмем это значение
Iк	Pк доп	мощности Pк доп , и учитывая, что оно равно:
			Pк доп = UкэIк доп . (3.46)
Iк доп1
		Будем		задавать		дискретные	значения
		напряжения Uкэ : Uкэ1 , Uкэ2 , Uкэ3 и т.д., и
		для каждого этого значения напряжения вы-
Iк доп2		числим	предельно			допустимое	значение
Iк доп3		коллекторного тока Iк доп :
		Iк доп1			P	P
Iк доп4				=	к доп ,	Iк доп2 = к доп	и т. д.
					Uкэ1	Uкэ2
	U кэ доп1 Uкэ доп2 Uкэ доп3 Uкэ доп4 Uкэ	Отложим эти значения напряжений и
		токов в осях координат (рис. 3.24) и постро-
Рис. 3.24. Гипербола допустимых мощностей		им по полученным точкам кривую, называе-
		мую гиперболой допустимых мощностей.
		62

							А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
		Эта кривая делит всю площадь первого квадранта семейства выходных характеристик на рабо-
	чую и нерабочую области. Если теперь совместить эту кривую с выходными характеристиками тран-
	зистора, то очевидно, что линия нагрузки не должна выходить за пределы рабочей области, чтобы не
	вывести транзистор из строя.
		На рис. 3.24 заштрихована рабочая область семейства выходных характеристик транзистора для
	схемы с общим эмиттером.
							3.9. Расчёт рабочего режима транзистора
		Как уже было отмечено выше, в подавляющем большинстве случаев транзистор усиливает сиг-
	налы переменного тока, т. е. на вход транзистора подается чаще всего знакопеременный сигнал. Но
	поскольку эмиттерный р–n-переход обладает вентильными свойствами, то через него пройдет только
	положительная полуволна входного сигнала, а отрицательная полуволна будет им срезана ,иследова-
	тельно, усиливаться не будет. Для того чтобы этого не было, чтобы усилить весь сигнал, во входную
	цепь транзистора вводят так называемое смещение.
		Смысл смещения ясен из рис. 3.25. Зна-							Eбэ
	копеременный входной сигнал Uвх							наклады-
	вается на постоянное напряжение смещения
	Eсм	таким образом,				что результирующее на-
	пряжение		Uбэ		остается		однополярным, и		Eсм
	следовательно может быть усилено транзи-
	стором. Поэтому принципиальная схема уси-
	лительного каскада в этом случае выглядит
	так, как представлено на рис. 3.26, а.
		Источник напряжения смещения созда-								t
	ет во входной цепи транзистора постоянный								U
										вх
	по	величине		ток		смещенияI см .		Для того
	чтобы исключить влияние источника Eсм на
	источник входного сигнала в цепь вводится								Рис. 3.25. Смещение усиливаемого сигнала
	разделительный				конденсатор C1 ,			который
	пропускает переменный входной сигнал, но создает развязку по постоянной составляющей. Для такой
	же цели служит выходной разделительный конденсатор C2 , который пропускает переменную состав-
	ляющую выходного напряжения и не пропускает его постоянную составляющую. Смещение может
	вводиться как при помощи отдельного источника Есм (рис. 3.26, а), так и с использованием для этой
	цели источника коллекторного питания Eк . Это можно сделать при помощи делителя напряжения R1
	и R2 (рис. 3.26, б). Ток Iд , протекающий по делителю напряжения R1- R2 под действием источника
	питания Eк , создает на резисторе R2 падение напряжения
								U R2 = Iд R2 ,		(3.47)
	которое должно быть равно требуемой величине напряжения смещения Eсм .
		При расчете делителя ток Iд выбирают в несколько раз больше тока смещения:
								Iд = (3 ¸5)Iсм .		(3.48)
		Избыточное напряжение источника питания падает на резисторе R1 :
								Iд R1 = Eк -U R2 .		(3.49)
		Такой способ введения смещения называется смещение фиксированным напряжением.
		Другой способ введения смещения заключается в использовании балластного резистора Rб в ба-
	зовой цепи транзистора (рис. 3.26, в). В этом случае ток, протекающий по цепи + Eк , эмиттер – база
	транзистора, Rб ,				- Eк должен быть равен току смещения:
								Iсм	= Eк -Uбэ .	(3.50)
									Rб
									63

64

		А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
Отсюда величина Rб		должна быть равна:
		R = Eк -Uбэ .			(3.51)
		б	Iсм
Такой способ называется смещение фиксированным током.
			Rк	- Eк
			VT1	С2
		С1
		Uвх		Uвых
		Eсм +-	Iсм
				+ Eк
	R1	- Eк		Rб	- Eк
		Rк			Rк
		С2			С2
	С1	VT1		С1	VT1
Uвх		-	Uвх		Uвых
	Iд	U вых
		Iсм			Iсм
	R2
		+
		+ Eк			+ Eк
Рис. 3.26. Способы создания смещения входного сигнала:
введением источника Eсм (а); фиксированным напряжением (б); фиксированным током (в)

3.10. Динамические характеристики транзистора

Характеристики транзистора, когда в его выходную цепь включают различные виды нагрузок,

называют динамическими, а режимы, возникающие при этом, – динамическими режимами.

Рассмотрим работу транзисторного усилитель-

ного каскада, включенного по схеме с общим эмитте-

- Eк

Rк

ром

(рис. 3.27).

Если

входной

сигнал отсутствует

( uвх = 0 ), линия нагрузки может быть построена опи-

С2

санным ранее

методом

по двум

точкам: Eк

на оси

С1

VT1

абсцисс и Iк max

=

Eк

на оси ординат.

Rк

Rн

Для того, что бы искажения усиливаемого

uвх

Uвых

-

Iсм

сигнала были минимальными, смещение надо выбрать

так, чтобы начальная рабочая точка(при отсутствии

Eсм

+

входного сигнала) располагалась в середине линейно-

го

участка входной

характеристики(точка

A на

+ Eк

рис. 3.28, б). Тогда при

изменении входного

сигнала

Рис. 3.27.

Схема усилительного каскада

напряжение Uбэ

будет изменяться на величину

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций

Uбэ max

от

началь-

Iк

a¢

ного значения Uбэ 0 ,

вызы-

E

вая

изменение

базового

на

E

a

iк

величину

Iб max

от началь-

к

Rк

iб = Iб0 + Iб max

iвых

ного

значения I

б0

(рис.

¢

¢¢

3.28, б). Коллекторный

ток

B

B

А¢

iб = Iб0

Iк max

при

этом

будет

изменяться

относительно

начального

С¢¢

С¢

iб = Iб0 - Iб max

коллекторного

тока Iк0

Iк 0

(рис. 3.28, б), соответст-

Iб = 0

вующего

базовому

току

t

Iсм ,

в сторону

увеличения

E

U

кэ

и в сторону уменьшения на

Uкэ 0

к

Uкэ max

величину

амплитуды

пере-

uвых

менной

составляющей

Iк max . Выходное

напряже-

t

Iб

ние

uвых

при

этом будет

тоже изменяться от началь-

B

iб

iвх

ного

значения Uкэ0

в

Iб max

большую и в меньшую сто-

A

рону на величину амплиту-

ды

своей

переменной

- со

ставляющей Uкэ max .

С

Отметим, что в рас-

Iб0

сматриваемой

схеме

увели-

чению

входного

сигнала

соответствует

увеличение

Uбэ 0

Uбэ

t

базового

тока,

а

следова-

тельно,

и

коллекторного

Uбэ max

тока, а выходное напряже-

uвх

ние

uвых

при

этом

умень-

t

шается.

Из

чего

следует,

что в этой схеме входное и

Рис. 3.28. Динамические характеристики транзистора

выходное

напряжение

-из

меняются в противофазе. Переменная составляющая выходного напряжения проходит через раздели-

тельный конденсатор C2

и выделяется на нагрузке Rн . В качестве нагрузки может служить и входное

сопротивление следующего каскада усиления, а характер нагрузки в общем случае может быть различ-

ным. По переменному току нагрузка усилительного каскадаRн

состоит из параллельно включенных

сопротивлений Rк и Rн

(рис. 3.28):

¢

Rк Rн

,

(3.52)

Rн =

Rк + Rн

а по постоянному току– только Rк . Поэтому и линия нагрузки по постоянной и переменной состав-

ляющим

будет

проходить по

разному. Так,

если

сопротивление нагрузки R¢

по переменному току

меньше Rк

н

– сопротивления по постоянному току, то линия нагрузки будет проходить через ту же ра-

бочую точку A , но под другим углом a¢:

a

¢

¢

(3.53)

следовательно, линия нагрузки пойдет круче.

= arctg(Rн ),

Рассмотренные зависимости можно расположить на одном рисунке так, что в первом квадранте

поместить выходные характеристики транзистора с построенной линией нагрузки, а в третьем квад-

ранте – входные характеристики (рис. 3.29). Тогда, используя точки пересечения линии нагрузки по

65

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
переменному току с выходными характеристиками и входные характеристики транзистора, строим
характеристику управления Iк = f (Iб ) транзистора по переменному току, которая теперь, при работе
с нагрузкой, называется динамической.
		Iк	Iб8	Iб7
Iк = f (Iб )	1		1	Iб6
iвых		2	2		Iб5
		3	3		Iб4
Iвых max		4			Iб3
				4
		5			Iб2
				5
		6			Iб1
				6
Iб	Iб6	Iб5 Iб4 Iб3 Iб2 Iб1			Uкэ
		Iсм	uвых
		iвх
Iвх max			Uсм	Uвых max
Uкэ = 0 В			uвх
			Uвх max
Uкэ = 5 В		Uбэ
Рис. 3.30
3.11. Режимы работы усилительных каскадов

Поскольку характеристики транзистора существенно нелинейны, то в процессе усиления входного сигнала имеют место искажения, которые называют нелинейными. Величина искажений в большой степени зависит от выбора начальной рабочей точки на линии нагрузки и от амплитуды входного сигнала. В зависимости от этого различают следующие основные режимы работы усилителя:

§режим класса A ;

§режим класса B ;

§режим класса AB ;

§режим класса C ;

§режим класса D .

Количественно режим работы усилителя характеризуется углом отсечкиq – половиной той части периода входного сигнала, в течение которого в выходной цепи транзистора протекает ток нагрузки. Угол отсечки выражают в градусах или радианах.

66

								А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
									3.11.1. Режим класса А
			Этот режим характеризуется тем, что начальная рабочая точка, определяемая смещением, нахо-
дится в середине линейного участка входной характеристики, а следовательно, и характеристики пере-
дачи					по			току
Iк = f (Iб ).					Ампли-			Iк		iк
туда			входного				сиг-
нала			здесь			такова,
что			суммарное				зна-		A
чение (Uсм + uвх ) не
имеет				отрицатель-						Iвых max
ных значений, а по-									Iк0
этому				базовый			ток
iб , а следовательно,
и	коллекторный						ток	q	Iб	2q	q
iк		нигде не				снижа-
ются					до			нуля	Uсм
(рис. 3.30). Ток в								U вх max
выходной цепи						про-			¢
текает в течение все-
									A
го			периода,		а		угол	uвх
отсечки				q			равен		Iсм = Iб0
180		0	.	Транзистор
									iб
работает				в активном					Iвх max
режиме на близких к								Uбэ
линейным					участках			Рис. 3.30. Усиление в режиме класса А
характеристик,							по-
этому					искажения
усиливаемого сигнала здесь минимальны. Однако из-за большого значения начального коллекторного
тока			Iк0	КПД такого усилителя низкий(теоретически не более 25 %, а реальные значения и того ни-
же), поэтому такой режим применяют в маломощных каскадах предварительного усиления.

								3.11.2. Режим класса В
	Этот режим характеризуется тем, что начальная рабочая точка								находится в начале характеристи-
ки передачи по току Iк = f (Iб )								(рис. 3.31). Ток нагрузки протекает по коллекторной цепи транзистора
только в течение одного полупериода входного сигнала, а в течение второго полупериода транзистор
закрыт, так как его рабочая								Iк		iк
точка	будет		находиться			в
зоне отсечки. КПД усили-
теля в режиме класса В
значительно выше (состав-								uвх
ляет 60…70 %), чем в ре-
жиме класса А, так как на-								A
чальный коллекторный ток									Iб	q
Iк0	здесь		равен		нулю.			q			q
Угол отсечки q равен 900 .
Однако у усилителей клас-
са В есть и существенный
недостаток			–	большой				iб
уровень		нелинейных			-ис
кажений		(колоколообраз-						Uбэ
ные	искажения),			вызван-
ных	повышенной				нели-		Рис. 3.31. Усиление в режиме класса В
нейностью		усиления тран-
								67

		А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
зистора, когда он находится вблизи режима отсечки.					Для того чтобы усилить входной сиг-
					нал в течение обоих полупериодов, исполь-
				+	зуют двухтактные схемы усилителей, когда в
R1	VT1	iк1	Сф		течение одного полупериода работает один
				E	транзистор,	а в течение другого полупериода
				к1	– второй транзистор в этом же режиме.
С1		Rн		-
					На рис. 3.32 представлена схема двух-
uвх	VT 2				тактного эмиттерного повторителя на тран-
				+	зисторах противоположного типа, но с иден-
		i		Eк2	тичными параметрами, образующих так на-
					зываемую комплементарную пару. Для пита-
R2		к2	Сф	-
					ния коллекторной цепи используется два
					одинаковых	источника питания Eк1 и Eк2 ,
					которые создают обратное включение кол-
Рис. 3.32. Двухтактная схема класса В					лекторных	переходов. Резисторы R1 и R2
					одинаковы,	при uвх = 0 они фиксируют по-
с симметричным источником питания
					тенциал баз транзисторов, равный потенциа-
	класса В				лу корпуса.
Режим		обычно	используют преимущественно в мощных двухтактных усилителях,
однако в чистом виде его применяют редко. Чаще в качестве рабочего режима используют промежу-
точный режим класса AB.

3.11.3. Режим класса АВ

Режиму усиления класса АВ соответствует режим работы усилительного каскада, при котором

ток в выходной цепи протекает больше половины периода изменения напряжения входного сигнала.

Этот режим используется для уменьшения нелинейных искажений усиливаемого сигнала, которые

возникают из-за нелинейности

начальных

участков

входных

вольт-амперных характеристик транзи-

сторов (рис. 3.33).

Iк

iк

При

отсутствии

входного

сигнала

в

режиме

покоя

зистор

немного

приоткрыт

и

через

него

протекает ,

ток

ставляющий 10K15%

от

мак-

симального

тока

при

заданном

входном сигнале. Угол отсечки

A

в

этом

случае

составляет

uвх

Iб

q

q

120K130o .

работе

двухтактных

При

q

усилительных

каскадов

в

жиме

класса АВ

происходит

перекрытие

положительной

и

отрицательной

полуволн

тока

Uбэ

iб

плеч двухактного каскада, что

приводит

к

компенсации

Рис. 3.33. Усиление в режиме класса АВ

нейных

,

искажений

щих

за

счет

нелинейности на-

амперных характеристик транзистора.

чальных

участков

-

вольт

Схема двухтактного усилительного каскада, работающего в классе AB, приведена на рис. 3.34.

68

А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций

Коллекторные токи покояIк 01

и

+ Eк

Сф

Iк 02

задаются

напряжением

смещения,

R1

подаваемым на базы транзисторов с сопро-

тивлений R2 и R3 , и составляют незначи-

тельную часть максимального тока в - на

С1

R2

VT1

грузке:

Iк 01, 02 = (0,05K0,15)Iк max ,

VT 2

С2

R3

uвх

вследствие этого результирующая характе-

ристика

управления

двухтактной

схемы

Rн

класса

AB

принимает

линейный

вид

R4

(штрихпунктирная линия на рис. 3.35).

- Eк

Напряжения

смещения

транзисторов

VT1 и VT 2 определяются как

Двухтактная схема класса AВ с делителем напряжения

Uбэ 01 = U R2 ; Uбэ 02 = U R3 .

Рис. 3.34.

Ток

делителя R1 ,

R2 ,

Iк 1

Iн

R3 , R4 должен быть не ме-

нее Iб max :

Iк m

Iд = (3K5)Iб max .

U R2 = Uбэ 01

Чем ближе работа уси-

Iк 01

Iк 02 Uбэ1

лительного каскада к классу A

(чем

больше

угол

отсечки

Uбэ2

q

UR

3 = Uбэ 02

p

< q < p ),

тем меньше КПД,

2

но лучше

линейность

усиле-

Iк m

ния.

Iк 2

КПД каскадов при -та

ком

классе

усиления

выше,

2q

p

чем для класса А,

но меньше,

< q < p

чем в

классе В, за счет нали-

uб

q

2

чия

малого

коллекторного

тока Iк0 .

Характеристика управления двухтакной схемы, работающей в классе AB

Рис. 3.35.

3.11.4. Режим класса С

В режиме класса С рабочая точка А располагается вышеначальной точки характеристики передачи по току (рис. 3.36).

Здесь ток коллекторной цепи протекает в течение времени, которое меньше половины - пе риода входного сигнала, поэтому

угол отсечки q < 90o . Поскольку больше половины рабочего времени транзистор закрыт (коллекторный ток равен нулю), мощность, потребляемая от источника питания, снижается, так что КПД каскада приближается к 100%.

Iк	iк
uвх
A
q	q	q
Iб

iб

Uбэ

Рис. 3.36. Усиление в режиме класса С

69

		А.В. Глазачев, В.П. Петрович. Физические основы электроники. Конспект лекций
	Из-за больших нелинейных искажений режим классаС не используется в усилителях звуковой
частоты, этот режим нашел применение в мощных резонансных усилителях(например, радиопередат-
чиках).
		3.11.5. Режим класса D
	Иначе этот	режим называетсяключевым режимом. В этом режиме рабочая точка может нахо-
диться только в двух возможных положениях: либо в зоне отсечки (транзистор заперт и его можно
рассматривать как разомкнутый ключ), либо в зоне насыщения(транзистор полностью открыт и его
можно рассматривать как замкнутый ключ). В активной зоне рабочая точка находится только в течение
				короткого промежутка времени, необходимого
	Iк			для перехода её из одной зоны в другую. По-
Iк max				этому при работе в ключевом режиме линия
I	2 Pк доп			нагрузки может на среднем своем участке вы-
	к нас2	Iб нас		ходить за пределы гиперболы допустимых
	насыщения			мощностей, при условии, что переход транзи-
				стора из закрытого состояния в открытое и на-
				оборот	производится	достаточно	быстро
				(рис. 3.37).
	Р ежим	Iб1 > 0		Как уже было показано выше, транзистор
				в режиме отсечки можно представить в виде
		1		разомкнутого ключа, так		как практически	все
	Iк0		= 0	напряжение источника питания падает между
		Iб
	Uкэ2 = U кэ нас = U кэ0 U кэ1 Eк		U кэ	его эмиттером и коллектором, а ток коллектора
				Iк близок	к нулю. Входное напряжение Uвх
Рис. 3.37. Ключевой режим работы транзистора				приложено к эмиттерному переходу транзи-
				стора в запирающем направлении (рис. 3.38).
	В режиме насыщения во входной цепи транзистора протекает достаточно большой ток базы, при
котором ток коллектора достигает максимального значенияIк нас2 , близкого к Iк max – максимально
возможному току в цепи источника питания. При этом напряжение Uкэ транзистора имеет минималь-
ное значение Uкэ0 , близкое к нулю, что позволяет представить транзистор в виде замкнутого ключа.
Отсюда и название этого режима работы – ключевой. В режиме насыщения напряжение на коллектор-
ном переходе Uбк		может быть определено:
		Uбк = -Eк + Iк Rк +Uбэ .				(3.54)

В обычном режиме напряжениеUбк

сме-

- Eк

щает коллекторный переход в обратном направ-

Cф

R

I

лении, т.е. Uбк < 0 .

к

Учитывая

то, что

в

режиме насыщения

к

Uбэ » 0 , третьим

слагаемым

в выражении(3.32)

U бк

Rб

VT1

можно пренебречь. Тогда при достаточно боль-

шом

базовом токе Iб ,

ток

коллектора Iк = bIб ,

U вх

Iб

U бэ

U

вых

где b

– коэффициент

передачи

по току, может

Iэ

достичь величины, при которой

+ Eк

Iк Rк ³ Eк .

(3.55)

При выполнении этого условия знакUбк в

Схема ключевого режима работы транзистора

выражении (3.54)

изменится

на

противополож-

Рис. 3.38.

ный:

Uбк > 0 , т.е. коллекторный

переход

будет

смещен в прямом направлении, так же как и эмиттерный. Минимальное значение базового тока, при котором выполняется условие (3.55), называется током насыщения Iб нас . Выражение (3.55) называют критерием насыщения транзистора. Чем больше базовый ток значения Iб нас , тем глубже насыщение транзистора, тем больше заряд инжектированных из эмиттера носителей накапливается в базе. Относительное значение этого превышения называется степенью насыщения N транзистора:

70