Выходные статические характеристики в схеме с общим эмиттером

Выходная характеристика это зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном токе базы. Ток базы является параметром семейства выходных характеристик.

На рис… приведена выходная характеристика транзистора в схеме с общим эмиттером. На ней можно выделить два участка. Крутой участок соответствует работе транзистора в режиме насыщения. Более пологий участок соответствует активному режиму. Переход от режима насыщения к активному режиму происходит при U_кэ = U_бэ. При этом U_кб = 0.

Рассмотрим характеристику на активном участке. На рис.. представлены распределения концентрации дырок в базе при U_кб = 0 прямая 1(она соответствует U_кэ = U_бэ) и U_кб < 0 прямая 2. При увеличении U_кэ увеличивается ток коллектора, так как увеличивается градиент концентрации дырок. Одновременно уменьшается инжектированный заряд в базе Q_инж, который пропорционален площади треугольника между прямыми распределения неравновесной и равновесной концентрации дырок. Уменьшение Q_инж приводит к уменьшению тока рекомбинации и, следовательно к уменьшению тока базы. Выходная характеристика снимается при постоянном токе базы. Прежнее значение тока базы восстанавливается увеличением U_бэ. При этом увеличивается концентрация p_n(0), что приводит к увеличению Q_инж, до величины, при которой ток рекомбинации и, следовательно, ток базы увеличиваются до прежнего значения. Но при этом вновь увеличивается ток коллектора. Поэтому в отличие от схемы с общей базой, ток коллектора в активном режиме в большей степени растёт с увеличением U_кэ.

Ход характеристики при переходе в режим насыщения объясняется следующим образом. При напряжении U_кэ, меньшем по абсолютной величине U_бэ, открывается переход коллектор-база, что приводит к увеличению концентрации дырок на коллекторном конце базы. Это уменьшает градиент концентрации дырок, а, следовательно, и ток коллектора. В то же время ток базы увеличивается, так как происходит инжекция дырок из коллектора в базу и электронов из базы в коллектор. Ток базы необходимо поддерживать постоянным. Для этого уменьшается напряжение U_бэ. Это приводит к уменьшению инжектированного заряда и, следовательно, тока рекомбинации, являющегося частью тока базы. Снижение U_бэ производится до восстановления прежнего значения тока базы. При этом ещё больше уменьшается градиент концентрации дырок в базе и, следовательно, уменьшается ток коллектора. Таким образом, даже одномерная модель структуры транзистора объясняет снижение тока коллектора в режиме насыщения.

Инжекция носителей в пассивную базу и коллектор, учитываемая в рамках двумерной модели, вызывает рост компоненты базового тока, текущую через коллектор, обеспечивает более резкий спад тока коллектора при поддержании постоянным тока базы.

При одинаковых приращениях тока базы происходит неодинаковое приращение тока коллектора. Это следует из того, что статический коэффициент передачи зависит от тока коллектора. С ростом тока коллектора b вначале растет, а затем падает.

На выходную характеристику влияние температуры намного больше, чем в схеме с общей базой. Это объясняется тем, что ток базы поддерживается постоянным, в то время как с ростом температуры на 1 К b увеличивается примерно на 1%. При том же заряде электронов и дырок в базе с ростом температуры дырочная компонента тока эмиттера увеличивается в большем темпе, чем электронная. Это происходит потому, что для дырочной компоненты база тонкая, а для электронной - толстая. С ростом температуры увеличивается диффузионная длина электронов в эмиттере, а ширина базы практически не изменяется. Это ведет к росту коэффициента инжекции с температурой.

Одновременно с температурой растёт коэффициент переноса, так как увеличивается время жизни дырок в базе. Время жизни увеличивается при изменении температуры от –60 до +60 жизни увеличивается в 2 – 3 раза (Викулов).

С ростом температуры увеличивается поступление в потенциальную яму в базе электронов за счёт роста тока генерации в ОПЗ коллекторного перехода. Поэтому для поддержания заданного тока коллектора требуется меньший ток базы.

Рост времени жизни дырок и поступление электронов в базу из коллекторной ОПЗ уменьшает скорость убыли электронов из базы. Поэтому том же токе базы, что и при более низкой температуре, в базе будет накоплен больший заряд к моменту равенства скоростей поступления и ухода электронов. Большему заряду в базе соответствует больший ток коллектора.