Схема с общей базой

Для анализа работы транзистора в схеме с общей базой (рис…) применяют входные, выходные и передаточные характеристики.

Входная характеристика – это зависимость тока эмиттера от напряжения эмиттер-база U_эб при постоянном напряжении на переходе коллектор-база U_кб.

На рис… приведены входные характеристики при U_кб = 0 и U_кб < 0. Характеристика при U_кб < 0 идёт выше. На рис.. приведено распределение концентрации инжектированных дырок в базе при напряжениях на коллекторном переходе равном нулю и меньшем нуля. При подаче обратного смещения за счёт расширения ОПЗ коллекторного перехода электронейтральная часть базы уменьшается (эффект Эрли). В соответствии с условиями Шокли также уменьшается концентрация дырок у коллекторного конца базы. При неизменном напряжении на эмиттерном переходе это увеличивает градиент концентрации в базе, что вызывает увеличение дырочной компоненты эмиттерного тока в соотвествии с формулой

I_эp = -eD_pS_e(dp_n/dx),

где производная от концентрации по координате берётся при x=0. Электронная компонента тока эмиттера при этом не изменяется.

При прямом смещении за счёт сужения ОПЗ коллекторного перехода электронейтральная часть базы увеличивается. В соответствии с условиями Шокли также увеличивается концентрация дырок у коллекторного конца базы. При неизменном напряжении на эмиттерном переходе это уменьшает градиент концентрации в базе. Поэтому ток эмиттера уменьшается даже в приближении одномерной модели структуры транзистора.

Входная характеристика зависит от температуры по той же причине, что и вольт-амперная характеристика диода Уменьшение с ростом температуры контактной разности потенциалов эмиттерного перехода вызывает увеличение инжекции основных носителей через переход.

Выходная характеристика транзистора в схеме с общей базой это зависимость I_к от U_кб при постоянном токе эмиттера.

При токе эмиттера равном нулю (цепь эмиттера разомкнута) характеристика представляет собой вольт-амперную характеристику перехода коллектор-база (рис…). Рассмотрим выходную характеристику при токе эмиттера большем нуля. На рис… представлено распределение концентрации дырок в базе при U_кб = 0 и U_эб > 0. При подаче обратного напряжения на коллекторный переход транзистор переходит в активный режим. При этом расширяется коллекторный переход, что приводит к уменьшению электронейтральной части базы (эффект Эрли) и уменьшается концентрация дырок у коллекторного конца базы. Это приводит к изменению распределения концентрации дырок. Новое распределение имеет больший градиент концентрации (рис. прямая..). Это приводит к увеличению дырочных компонент токов эмиттера и коллектора. Но характеристика снимается при постоянном токе эмиттера. Для восстановления прежнего значения тока эмиттера необходимо уменьшить U_эб. При этом восстанавливается градиент концентрации дырок в базе (рис. прямая..). Это приводит к почти полному восстановлению прежнего значения тока коллектора. Незначительное возрастание тока коллектора связано с уменьшением инжектированного заряда в базе, который пропорционален площади треугольника ограниченной линиями распределения концентрации инжектированных дырок и концентрации равновесных дырок в базе. Уменьшение инжектированного заряда снижает ток рекомбинации в базе. За счёт этого возрастает ток коллектора.

С увеличением температуры вольт-амперная характеристика незначительно поднимается. Незначительное увеличение тока коллектора обусловлено тем, что поддерживается постоянным ток эмиттера. Оно обусловлено несколькими причинами. Во-первых, с ростом температуры увеличивается диффузионная длина электронов в эмиттере при неизменном размере базы. Это приводит к уменьшению электронной компоненты в токе эмиттера и увеличению дырочной. То есть при том же токе эмиттера в базу будет инжектировано больше дырок, что приведёт к росту тока коллектора. Во-вторых, с ростом температуры увеличивается время жизни дырок в базе, что приводит к росту тока коллектора при увеличении температуры (больше инжектированных в базу дырок доходит до коллектора). В третьих, с ростом температуры увеличивается ток коллекторного перехода. Все эти причины слабо увеличивают ток коллектора, поскольку коэффициент передачи тока эмиттера близок к единице.

При прямом смещении коллекторного перехода (переход в режим насыщения) происходит резкий спад тока коллектора. Этот спад невозможно объяснить с помощью одномерной модели структуры транзистора. При прямом смещении коллекторного перехода увеличивается концентрация дырок у коллекторного конца базы (рис…). Это приводит к уменьшению коллекторного тока, но одновременно уменьшается ток эмиттера. Но ток эмиттера необходимо поддерживать неизменным. Для восстановления прежнего тока эмиттера необходимо увеличить напряжение на эмиттерном переходе. Это восстановит градиент концентрации дырок в базе и, следовательно, ток коллектора. (Вообще-то ток коллектора несколько уменьшится за счёт увеличения инжектированного заряда, что увеличит ток рекомбинации, но незначительно). Исходя из одномерной модели, не удаётся объяснить резкое уменьшение тока коллектора, наблюдаемое экспериментально.

Ход характеристики в режиме насыщения можно объяснить, используя двумерную модель структуры транзистора (рис…). Инжекция дырок из коллектора в пассивную базу и электронов из пассивной базы в коллектор приводит к появлению в цепи коллектора составляющей тока коллектора, которая замыкается через контакт базы. Составляющие тока коллектора из активной и пассивной баз направлены навстречу. Составляющая тока из активной базы поддерживается постоянной, так как характеристика снимается при постоянном токе эмиттера. А составляющая тока в пассивную базу увеличивается с ростом прямого смещения коллекторного перехода. Поэтому ток коллектора уменьшается с ростом прямого напряжения на коллекторном переходе.

Для анализа работы транзистора используется семейство выходных характеристик с разными токами эмиттера. Если ток эмиттера изменяется с постоянным шагом, то выходные характеристики в области активного режима располагаются практически эквидистантно. Это объясняется тем, что статический коэффициент передачи тока эмиттера, хотя и изменяется с током эмиттера, но остаётся близким к единице.