Статические характеристики биполярного транзистора

Различают четыре типа статических характеристик транзистора.

1. Входные характеристики. Зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе, Iвх = f(Uвх)| _Uвых ₌ _const.

2. Выходные характеристики. Зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном токе входа, Iвых = f(Uвых)| _Iвх=_const.

3. Передаточная характеристика. Зависимость тока выхода от тока входа при постоянном напряжении выхода, Iвых =f(Iвх)| _Uвых=_const.

Характеристики обратной связи. Зависимость входного напряжения от напряжения выхода при постоянном токе входа, Uвх = f(Uвых)| _Iвх=_const.

Схема с общей базой

Входная характеристика.

Для включения транзистора в схеме с ОБ (рисунок 7.27):

Iвх = I_Е; Iвых = I_С; Uвх = U_ЕВ; Uвых = U_СВ.

Рисунок 7.27 - Схема включения транзистора с общей базой

Рисунок 7.28 - Входные характеристики транзистора в схеме ОБ; - - - – диод с полубесконесчной базой

При нулевом смещении коллектора (базовый и коллекторный выходы замкнуты) входная характеристика аналогична p-n переходу с ограниченной базой со скоростью рекомбинации . В прямом смещении практически весь ток эмиттера протекает через коллектор. Встроенное поле коллекторного p-n перехода экстрагирует дошедшие до коллектора носители. При этом сопротивление прямосмещенного эмиттера (прямое падение напряжения) будет меньше, чем у диода с полубесконечной базой (штриховая линия на рисунке 7.28). В обратном смещении будет протекать генерационный ток эмиттерного p-n перехода . При напряжении лавинного пробоя обратный ток резко возрастает. При приложении обратного смещения к коллекторному переходу ОПЗ уменьшает толщину базы (рисунок 7.27) (эффект Эрли) и увеличивает ток эмиттера (градиент концентрации в базе) при постоянном напряжении . При = 0 (электроды эмиттера и базы закорочены) ток эмиттера . Природа этого тока связана с экстракцией термогенерированных неосновных носителей заряда базы полем обратно смещенного коллектора ( , рисунок 7.27). В результате эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Этому же способствует прямое смещение за счет падения напряжения на сопротивлении при протекании неуправляемого тока (рисунок 7.27). Для компенсации этого тока необходимо подать обратное смещение . При дальнейшем увеличении обратного смещения эмиттера будет протекать обратный ток . Входное сопротивление транзистора в схеме ОБ,

, (7.49)

имеет малую величину (единицы Ом) и уменьшается с ростом тока эмиттера.

Выходная характеристика. Это зависимость . При , в коллекторной цепи протекает неуправляемый генерационный ток изолированного коллекторного перехода. Зависимость от напряжения определяется типом перехода (резкий, плавный) (5.74). При достижении напряжения лавинного пробоя ток резко возрастает (рисунок 7.28). Зададим прямой ток эмиттера . Тогда при , в цепи коллектора будет протекать ток . Этот ток поддерживается в коллекторе встроенным полем контактной разности потенциалов .

Увеличение напряжения приводит к незначительному росту из-за уменьшения физической толщины базы и связанным с этим увеличением коэффициента передачи тока эмиттера . Для того, чтобы ток уменьшить до нуля, необходимо изменить направление смещения коллектора, а именно, подать на коллектор прямое смещение. При некотором напряжении встречный прямой ток коллектора (инжекционный) полностью компенсирует прямой ток коллектирования . В режиме прямого смещения коллекторного и эмиттерного переходов, который носит название режима насыщения, внешний ток коллектора определяется алгебраической суммой тока коллектирования и тока инжекции,

При больших токах предельное напряжение ограничивается тепловым пробоем

, (7.50)

где – максимальная мощность рассеяния, которая зависит от конструкции и окружающей температуры,

I_CB ₀

Рисунок 7.29 - Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой

Рисунок 7.30 - Зависимость дифференциального сопротивления коллектора в схеме ОБ от тока и напряжения коллектора

Дифференциальное сопротивление коллектора уменьшается с ростом тока коллектора и увеличивается с увеличением напряжения (рисунок 7.30).

где n = 2, для ступенчатых переходов; n = 3, для плавного перехода. Для маломощных транзисторов r_C находится в диапазоне (10⁷-10⁴) Ом. На выходных характеристиках транзистора можно выделить три области (рисунок 7.29). Область I соответствует активному или усилительному режиму: ; ; . Область II соответствует режиму открытого импульсного ключа – режиму насыщения: ; ; . Область III соответствует режиму закрытого импульсного ключа – режиму отсечки: ; ; .

Передаточная характеристика. В схеме с ОБ это зависимость . Линейный участок определяется зависимостью (рисунок 7.31).

Рисунок 7.32 - Изменение избыточной концентрации в базе (а) и входного напряжения от напряжения на выходе (б)

Рисунок 7.31 – Передаточная характеристика транзистора в схеме с ОБ

Характеристики обратной связи. Зависимость .

При увеличении коллекторного напряжения напряжение на эмиттере уменьшается (рисунок 7.32, б) при постоянном входном токе эмиттера. Такое поведение объясняется уменьшением концентрации дырок в плоскости эмиттерного p-n перехода (рисунок 7.32,а). Сужение физической толщины базы при постоянном токе эмиттера (постоянный градиент ) приводит к уменьшению концентрации p (0).