Статические характеристики биполярных транзисторов

В схеме с общей базой входные (эмиттерные) характеристики представляют собой зависимость

I _э= f (U _э) при U _к = const.

Характеристика при U _к = 0 аналогична прямой ветви диодной вольтамперной характеристики. При подаче (- U _к) она смещается влево (у p-n-p транзистора). Это свидетельствует о наличии

Рис.25. Схема включения транзистора с общей базой (ОБ)

внутренней обратной связи, обусловленной эффектом модуляции базы.

Возникает он в основном из-за сопротивления базы r ’_б. Это сопротивление создается слабо легированной областью базы. Оно является общим для входной и выходной цепей. Рост U _к приводит к росту I _кбо. Коллекторный переход расширяется, I _э.рек и ширина базы уменьшаются. Как следствие растет I _э, поскольку увеличивается доля напряжения эмиттер-база, приложенного непосредственно к переходу.

Выходные характеристики представляют собой зависимость тока I _к= f (U _к) при I _э₌const.. Нулевая характеристика аналогична обратной ветви вольтамперной характеристики диода. С ростом I _э характеристика смещается, т.к. увеличивается ток коллектора на величину D I _кр₌a D I _э» D I _э.

а) б) Рис.26. Входные а) и выходные б) характеристики транзистора в схеме ОБ

Кроме того, наклон характеристики с ростом I _э растет, поскольку с ростомнапряжения U _к уменьшаютсяширина базы d _б ирекомбинационныйток эмиттера I _э.рек и растетдырочная составляющая тока коллектора I _кр. Выходные характеристики имеют три области. В 1-й I _к сильно зависит от U _к (начальный участок). Эта зона размещается слева от оси тока, поскольку при U _к = 0, I _к ¹ 0, т.к. дырки переходят в коллектор под действием внутренней разности потенциалов j ₀.

2-я зона характеризуется слабой зависимостью I _к от U _к. Ток коллектора несколько растет из-за увеличения объемного заряда коллекторного перехода при росте U _кб. При этом снижается толщина базового слоя, растут a и I _к. одновременно снижается напряжение на эмиттерном переходе, отчего падает концентрация дырок вблизи него. Рост I _к во 2-й зоне при росте U _кб. характеризуется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода

при I _э=const.

Для маломощных транзисторов r _к(б) = (0,5 - 1,0) Мом. Поскольку характеристики во 2-й зоне почти линейны, можно записать I _к = f (U _кб):

I _к = a I _э + U _кб / r _к(б) + I _ко (3.8)

наличие I _ко является одной из причин зависимости выходных характеристик от температуры. При росте температуры I _к растет, растет и коэффициент a.

Третья зона - пробой коллекторного перехода, возможный при недопустимом росте U _кб. Электрический пробой при этом очень быстро может перейти в тепловой. U _кб _макс_. указано в справочнике.

В схеме с общим эмиттером входные характеристики - это зависимость I _б = j (U _бэ) при U _к = const. Входным является ток базы. U_б и U_к отсчитываются от эмиттера, т.е. U _б = U _бэ, U _к = U _кэ.

Рис.28. Входные (а) и выходные (б) характеристики транзистора в схеме ОЭ

Рис.27. Схема включения транзисторас общим эмиттером (ОЭ)

Нулевая характеристика (U _кэ = 0, U _б < 0) - это суммарная характеристика эмиттерного и коллекторного переходов, соединенных параллельно и подключенных к источнику питания в прямом направлении. В коллекторной цепи протекает ток, противоположный обычному току коллектора. I _к отрицателен, а ток базы равен

I _б = I_э - I_к = I_б + ½ I_к½. (3.9)

При небольшом отрицательном напряжении на коллекторе ток

I _к < 0, I _б = I _э - I _к. При этом ток базы резко падает и характеристика идет ниже. Снижение I _б при росте U _к обусловлено эффектом модуляции базы. Входные характеристики идут из точки с I _б < 0.

Выходные характеристики транзистора в схеме с ОЭ - это зависимость I _к = j (U _к) при I _б = const. Напряжение на коллекторном переходе

U _кб = U _кэ- U _бэ. Имеются те же три зоны.

1-я зона - от начала координат до перелома. При U _кэ = 0 потоки дырок из коллектора в базу и из эмиттера в коллектор компенсированы, ток коллектора I _к» 0. Рост U _кэ приводит к снижению напряжения на коллекторном переходе и уменьшению инжекции носителей.

Во 2-й зоне действует обратное напряжение. Точка перехода - при

U = 0,5 - 1,5 В. С учетом I _э = I _к + I _б, получим:

где b = I _к/ I _б = a/ (1 - a) - коэффициент передачи тока базы в схеме ОЭ. При a = (0,9 - 0,99), b = (9 – 99) - получаем усиление по току

I _к = b I _б + U _кэ / r _к(э) + I _ко(э) (3.10)

где r _к(э) = r _к(б) / (1 +b) - дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме ОЭ, I _ко(э)= (1 + b) I _ко - обратный ток коллектора в схеме ОЭ. Во второй зоне тоже есть наклон характеристик из-за модуляции базы, но он больше из-за более сильного изменения b (r _к(э) мало, составляет 30 - 40 Ком). При нулевом токе базы через транзистор протекает начальный или сквозной ток I _ко(э) = (1 + b) I _ко. Нулевая характеристика проходит через начало координат и в рабочей области (½ U _r ½ > 1В) располагается на уровне, примерно равном b I _ко. Обратный ток цепи коллектор - эмиттер зависит от состояния входной цепи. Выходные характеристики в зоне малых U пересекают ось ординат в точке I _к < 0 (обратный ток перехода), но начальный участок, где I _к<0, практического значения не имеет и в справочниках обычно не приводится.

Наличие повышенного тока I _ко нежелательно. При подаче смещения U _бэ>0 эмиттерный переход перейдет в непроводящее состояние и I _к снизится до I _к0. Область ниже характеристики, соответствующей I _б = 0, называется областью отсечки.

В этой схеме более сильно влияние температуры, т.к. I _ко(э) больше и b более сильно меняется при изменении температуры. Большему току эмиттера соответствует больший ток базы.