Идеализированные статические характеристики

Входные характеристики идеализирован­ного транзистора определяются зависимостью (4.16). Если, учесть (4.14) и (4.15), то будем иметь следующее выражение для входных характеристик:

. (4.19)

Выразив из (4.16) двучлен и подставив его в (4.17), получим выражение для выходных характеристик транзистора

. (4.20)

Семейства входных и выходных характеристик, построенные в соответствии с (4.19) и (4.20), показаны на рис.4.10.

Относительно семейства входных характеристик можно заметить следующее. Характеристика, соответствующая , является характеристикой обычного p-n перехода. При положительных нап­ряжениях на коллекторе кривые сдвигаются вправо и вниз. Это объясняется нарастанием собираемой компоненты эмиттерного тока (второй член в выражении 4.19). При отрицательных напряже­ниях на коллекторе кривые незначительно смещаются вле­во и вверх.

Если , то влияние изменения коллекторного напряже­ния практически отсутствует.

Выходные характеристики представлены на рис.4.10,б. Для удобства обратное напряжение на коллекторе (отрицательное для транзистора p-n-p и положительное дня транзистора n-p-n) принято откладывать вправо. При изменении тока эмиттера на одинако­вую величину характеристики оказываются эквидистантными, так как коэффициент передачи тока эмимера предполагается постоянным. На рис.4.10,б можно видеть различные режимы работы транзистора: активный режим, соответствующий напряжению (первый квадрант), режим насыщения, соответствующий напря­жению (второй квадрант) и режим отсечки, границей которо­го является кривая .

Для активного режима работы выполняются условия и . Поэтому формулы (4.19) и (4.20) упрощаются:

(4.21)

(4.22)

При выводе (4.21) использовано выполняющееся в транзисторах соот­ношение и для простоты положено . Заметим, что из (4.22) следует независимость тока от напряжения , т.е. кривые параллельны оси напряжений.

Реальные статические характерис­тики.

Как уже говорилось, характеристики транзистора, пред­ставленные на рис.4.10, являются идеализированными, так как при выводе уравнений этих характеристик не учитывается целый ряд фак­торов: модуляция ширины базы, влияние объемного сопротивления базы , пробой перехода, зависимость от тока эмиттера и др. Реальные характеристики транзистора, которые можно снять экспериментально с помощью схемы, приведенной на рис.1.1, пока­заны на рис.4.11.

Из анализа входных характеристик (рис.4.11,а) видно значительное влияние напряжения на коллекторе. Так, при увеличении отрицатель­ного напряжения кривые смещаются вверх и влево, т.е. при одном и том же значении напряжения ток возрастает. С физической точки зрения это объясняется двумя причинами. Во-первых, рассмотренным ранее явлением модуляции ширины базы (см. рис. 4.7). Bo-вторых, влиянием объемного сопротивления базы , ко­торое не учитывалось при выводе уравнений токов транзистора. С учетом этого сопротивления напряжение непосредственно на p-n переходе эмиттер-база оказывается меньше приложенного и равно . Как видно, при напряжение зависит от тока базы, поэтому с ростом отрицательного напряжения уменьшается, a растет. Это и приводит к увеличению тока (характеристики идут выше, рис 4.11,а). Другое проявление объемного сопротивления базы заключается в том, что каждая из кривых входного семейства идет положе идеальной (рис.4.10,а) опять же за счет уменьшения напряжения на эмиттерном переходе.

Реальные выходные характеристики (рис.4.11,б) в отличие от идеальных имеют в активном режиме небольшой наклон, т.е. с ростом напряжения ток увеличивается. Это также является следствием модуляции ширины базы. С учетом этого выходное семейство характеристик транзистора в активном режиме можно предста­вить соотношением

, (4.23)

где - дифференциальное сопротивление коллек­торного перехода. Другая особенность реальных характеристик по сравнению с идеальными заключается в уменьшении расстояния между кривыми при больших токах из-за уменьшения . Характер зависимости от тока эмиттера показан на рис.4.12.

При малых токах эмиттера концентра­ция инжектируемых из эмиттера в ба­зу носителей мала и большая часть их рекомбинирует в области перехо­да эмиттер-база, поэтому получает­ся малой эффективность эмиттера (мала составляющая тока ), ма­ло и . В дальнейшем увеличение тока приводит к росту .

Однако по мере увеличения инжекции дырок увеличивается приток в базу электронов от внешнего источника, восстанавливающих ее электронейтральность. Концентрация электронов в базе возрастает, а эффективность эмиттера падает (увеличива­ется составляющая ), вследствие чего , достигнув макси­мума, начинает уменьшаться. Следующей особенностью реальных харак­теристик является резкий рост тока коллектора при больших напряже­ниях . Наступает пробой коллекторного перехода. При достаточ­но быстром увеличении , когда температура перехода не успева­ет заметно повыситься, пробой носит лавинный характер. В условиях лавинного пробоя ток коллектора можно записать в виде

,

где - коэффициент ударной ионизации, - напряжение лавинного пробоя, при котором .

Напряжение при котором ток резко увеличивается, стремясь к бесконечно большой величине, обозначают . Из приведенной выше формулы следует, что . При больших токах лавинный пробой переходит в тепловой. Поэтому на семействе выходных характеристик наносят кривую максимально допустимой мощности, рассеиваемой кол­лектором, ограничивающую ток и напряжение .

При переходе от активного режима работы к режиму насыщения коллекторный переход открывается (), возникает встречная инжекция дырок из коллектора в базу и ток коллектора резко умень­шается. В этом режиме реальные характеристики практически не отли­чаются от идеализированных.