Выходные статические характеристики

Семейство выходных статических характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, представляет собой зависимость I _К = f (U _КЭ) при I _Б = coпst и для различных значений тока базы изображено на рисунке 4, а.

Нижняя характеристика совпадает с обратной ветвью вольтамперной характеристики коллекторного перехода, когдаа эмиттерный переход закорочен – случай для U _БЭ = 0 (см. рис. 3, в).

Если напряжение U_БЭ < 0 (“–” приложено к базе, а “+” к эмиттеру) через эмиттерный переход начинается инжекция основных носителей тока (возрастает прямой ток в цепи эмиттер-база, направленный навстречу обратному току I _КБО = – I _КS), При достижении прямым током базы значения обратного, т.е при I _{Б ПР} = I _КБО, суммарный ток в цепи базы становится равным нулю (точки пересечения нижними графиками оси абсцисс на рис. 3, а).

Это режим неглубокой отсечки транзистора (т.к. эмиттерный переход не смещен в обратном напряжении), а выходная характеристика при токе базы I _Б = 0 является его верхней границей. Ток коллектора в этом случае определяется выражением (полученным при изучении вопроса температурной стабилизации транзистора):

I _К = b × I _Б + (b +1)× I _KS = (b +1)× I _KS, (2)

т.е. в (b +1) раз больше, чем обратный ток I _KS коллекторного перехода.

При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения U _БЭ (прямого для эмиттерного перехода, см. рис. 3, б) появится прямой ток базы I _Б и ток коллектора, в соответствии с (2), возрастает на величину b × I _Б.

Каждая характеристика имеет два участка:

– начальный крутой (при малых изменениях напряжения на коллекторе U _КЭ);

– пологий протяженный (при больших изменениях напряжения на коллекторе U _КЭ).

Крутой участок соответствует режиму насыщения (оба перехода открыты), когда | U _БЭ| ³ | U _КЭ| и ток коллектора I _К быстро растёт с возрастанием U _КЭ (­ I _К = ­ U _КЭ/ R _{КЭ мин}). Предельный случай, когда U _КЭ = 0, приведен на рис. 3, а, б.

Пологий участок характеристики формируется, когда становится | U _КЭ| > | U _БЭ|. Коллекторный переход при этом закрывается (обратным напряжением | U _КЭ| – | U _БЭ|) и возрастает его обратное сопротивление (коллекторный переход расширяется), что обуславливает малое приращение I _К с ростом U _КЭ (I _К =(­ U _КЭ/­ R _КЭ)» const).

Наклон пологих участков характеристик обусловлен влиянием напряжения U _КЭ на эмиттерный переход и эффектом Эрли.

По выходным статическим характеристикам (рис. 4, а) определяется выходное сопротивление транзистора в статическом режиме и статический коэффициент усиления по токуb в окрестности точки покоя по формулам:

при I _Б = const; (3)

при U _КЭ = const, (4)

где D I _К1 и D I _К2 – соответствующие приращения тока коллектора, снятые с графика на рис. 4, а.

Переходная статическая характеристика (ПСХ) транзистора представляет собой зависимость I _К = f(I _Б ) при U _КЭ = const. ПСХ позволяет непосредственно с графика найти статический коэффициент усиления по току b, используя соответствующие приращения D I _Б и D I _К (см. рис. 4, б для точки А^CТ).

Переходная динамическая характеристика (ПДХ) отражает зависимость I _К =f(I _Б ) при U _КЭ = var – нижняя характеристика на рис. 4, 6. По данной характеристике может быть определен динамический коэффициент усиления по току K _I, (например, в точке А^ДИН на рис. 4, б):

(5)

Напомним, что ПДХ характеризует работу транзистора в динамическом режиме, когда в цепь коллектора включено сопротивление резистора R _К (тумблер SA на рис. 2 разомкнут). В этом случае последовательно включённые резистор R _К и сопротивление транзистора R _КЭ представляют собой делитель напряжения, соотношение напряжений на котором, в соответствии с законом Кирхгофа, имеет вид:

Е _К = U _КЭ + U _Rк

Откуда, выходное напряжение с нижнего плеча делителя (в нашем случае это напряжение на транзисторе U _КЭ) определяется выражением:

U _КЭ = Е _К– U _Rк = Е _К– I _К R _К

Это выражение представляет собой основное уравнение динамического режима работы транзистора, из которого следует, что при постоянныхзначениях Е _К и R _К (что обычно имеет место) падение напряжения на транзисторе U _КЭ (выходное для схемы) является однозначной функцией тока коллектора I _К. В свою очередь, ток I _К, в окрестности точки покоя, практически линейно зависит от тока базы I _Б

I _К = К _I I _Б,

где К _I – коэффициент пропорциональности.

Эту зависимость и отражает переходная динамическая характеристика (ПДХ).

Из графиков видно, что ПСХ идет круче ДПХ, следовательно β > K _I.

Статическая и динамическая переходные характеристики транзистора снимаются экспериментально или строятся по статическим выходным характеристикам и нагрузочной прямой для каждого из режимов. На рис. 5 представлена методика построения переходных характеристик, из которой видно, что нагрузочная прямая для статического режима вырождается в вертикальную прямую при U _КЭ = E _К = const