5.6. Основы математического моделирования вольт-амперных характеристик биполярного транзистора.
Обозначения:
Схема с ОЭ – схема с общим эмиттером.
Схема с ОБ – схема с общей базой.
ВАХ – вольт-амперная характеристика.
IPBE - прямой ток P-N перехода база - эмиттер.
UPBE - напряжение на выводах P-N перехода база – эмиттер при прямом токе.
IPBK - прямой ток P-N перехода база - коллектор.
UPBK - напряжение на выводах P-N перехода база – коллектор при прямом токе.
В дальнейшем обозначения будут поясняться приводимыми схемами, формулами
5.6.1 Четыре основные вольт-амперные характеристики прямого тока для p-n переходов биполярного транзистора.
Современные технологические процессы позволяют создавать кремниевые транзисторы, которые обладают стабильностью вольт-амперных характеристик и высокой надёжностью.
В состав биполярного транзистора входит два PN-перехода. вольт-амперные характеристики этих переходов могут быть характеристиками прямого тока и характеристиками обратного тока. вольт-амперные характеристики этих переходов взаимо-зависимы друг от друга, так, как между ними существует связь, основанная на тепловых потоках энергии.
Для того, чтобы не сделать ошибок в терминологии определим функции вольт-амперных характеристик открытых переходов в привязке к их схемам измерений. Всего: 4 схемы измерений и соответственно им – 4 вольт-амперные характеристики.
Рис. 5.28. Схема для измерения функции FBE1.
На рисунке 5.28. изображена схема измерений вольт-амперной характеристики открытого перехода база-эмиттер со свободным выводом коллектора. При проведении измерений получаем функцию FBE1:
(5.6.1.,01)
Обратную функцию обозначим:
(5.6.1.,02)
Функция FBE1 является функцией для ненагруженного выхода термо-ЭДС, то есть для системы передачи энергии холостого хода. Передача энергии идёт из эмиттерного перехода в коллекторный.
Похожая передача энергии возникает и в обратную сторону, если прямой ток пропускать через переход база-коллектор.
Рис. 5.29. Схема для измерения функции FBK1.
На рисунке 5.29. изображена схема измерений вольт-амперной характеристики открытого перехода база-коллектор со свободным выводом эмиттера. При проведении измерений получаем функцию FBK1:
(5.6.1.,03)
Обратную функцию обозначим:
(5.6.1.,04)
Функция FBK1 является функцией для ненагруженного выхода термо-ЭДС, то есть для системы передачи энергии холостого хода. Передача энергии идёт из коллекторного перехода в эмиттерный.
Далее рассмотрим схемы с короткозамкнутым выходом для термо-ЭДС. Каждая схема имеет соответствующие функции для математического моделирования.
Рис. 5.30. Схема для измерения функции FBE0.
На рисунке 5.30. изображена схема измерений вольт-амперной характеристики открытого перехода база-коллектор со свободным выводом эмиттера. При проведении измерений получаем функцию FBE0:
(5.6.1.,05)
Обратную функцию обозначим:
(5.6.1.,06)
Функция FBE0 является c функцией замкнутым выходом для термо-ЭДС, то есть, в замыкателе база-коллектор существует ток, при минимальном напряжении на выходе, зависящий от омического сопротивления замыкателя.
Аналогично можно рассмотреть схему передачи тока с перехода база-коллектор в переход база-эмиттер.
Рис. 5.31. Схема для измерения функции FBK0.
На рисунке 5.31. изображена схема измерений вольт-амперной характеристики открытого перехода база-коллектор со свободным выводом эмиттера. При проведении измерений получаем функцию FBK0:
(5.6.1.,07)
Обратную функцию обозначим:
(5.6.1.,08)
Транзистор обычно функционирует в режиме передачи тепловой энергии с перехода База-Эмиттер на переход База-Коллектор. При замыкании выводов База-Коллектор вся передаваемая энергия преобразуется в ток. Функция FBK0 является функцией c замкнутым выходом для термо-ЭДС.