Вольтамперные характеристики транзисторов

Вольтамперные характеристики представляют собой зависимость токов в соответствующих цепях транзистора от приложенных напряжений. Так как токи в транзисторе сложным образом связаны с напряжениями в коллекторной и базовой цепях и друг с другом, то при снятии характеристик (рис.3.14) одно из напряжений или ток (параметр) поддерживается неизменным, а другое меняется. Характеристики транзистора называются следующим образом:

зависимость I_Э от Е_БЭ (при Е_БК = const) – входная;

зависимость I_К от Е_БК (при I_Э = const) – выходная;

зависимость I_К от Е_БЭ (при Е_БК = const) – характеристика прямой передачи.

Рис.3.14. Схема для снятия вольтамперных характеристик

биполярного транзистора.

При определении входной характеристики сначала предположим, что Е_БК = 0. Данную ситуацию можно представить двояко: во-первых, коллекторный вывод никуда не подключать, а во-вторых - соединить его с базой как с общей точкой схемы. В первом случае коллекторный ток равен нулю, и переход эмиттер-база представляет собой диод с соответствующей вольтамперной характеристикой (рис.3.15).

Рис.3.15. Распределение токов при включении

транзистора по схеме с общей базой и Е_БК=0.

При замыкании коллектора с базой из-за наличия контактной разности потенциалов на данном переходе, часть инжектированных электронов втянется в коллектор и вызовет протекание коллекторного тока, однако суммарный ток, потребляемый от источника Е_БЭ и равный I_Э = I_К + I_Б останется неизменным.

Рис. 3.16. Распределение токов при включении

транзистора по схеме с общей базой и Е_БК ≠ 0.

Похожая картина наблюдается и при Е_БК ≠ 0, т.к. I_К ≈ I_Э, а I_Э задается напряжением источника Е_БЭ. Однако в этом случае характеристика сместится немного влево, а при нулевом напряжении Е_БЭ начнет протекать некоторый начальный ток эмиттера I_ЭН. Первое объясняется эффектом модуляции толщины базы. С ростом Е_БК, её толщина и соответственно объемное сопротивление уменьшаются, что и приводит к возрастанию тока эмиттера.

Рис. 3.17. Входные характеристики транзистора

при включении по схеме с общей базой.

Появление начального тока эмиттера связано с тем, что при наличии обратного тока коллектора I_КБО возникает падение напряжения на объемном сопротивлении базы и эта разность потенциалов является прямой (отпирающей) для эмиттерного перехода. Его потенциальный барьер немного снижается и начинает протекать небольшой диффузионный ток.

Выходная характеристика снимается не при фиксированном напряжении Е_БЭ, а при фиксированном токе эмиттера. Так как I_К ≈ a I_Э, то теоретически это должна быть горизонтальная прямая. На самом деле вследствие зависимости a от Е_БК, с ростом напряжения на коллекторе a немного возрастает, и выходная характеристика будет наклонена вверх, вплоть до пробоя транзистора.

За счет наличия внутреннего запирающего поля p-n перехода при Е_БК = 0 ток коллектора не прекратится. Снизить его до нуля можно лишь скомпенсировав внутреннее поле внешним, то есть, поменяв полярность источника Е_БК. Тогда при прямом напряжении на коллекторе порядка долей вольта ток через коллекторный переход станет равным нулю, а при дальнейшем увеличении этого напряжения изменит направление.

При снятии выходных характеристик задают различные значения токов эмиттера и строят не одну, а совокупность - семейство выходных характеристик (рис. 3.18).

Рис. 3.18. Семейство выходных характеристик транзистора

при включении по схеме с общей базой.

Ситуация, когда эмиттерный переход открыт, а напряжение на коллекторном переходе - запирающее, соответствует активному режиму работы транзистора (горизонтальный участок ВАХ при ненулевом токе эмиттера). Если полярность Е_БК изменить на прямую, то транзистор перейдет в режим насыщения (начальный участок характеристики). При подаче на оба перехода запирающего напряжения транзистор будет переведен в режим отсечки, при этом I_Э станет равным нулю и ВАХ пойдет практически горизонтально на уровне тока I_КБО. Зависимость I_К = ƒ(U_БЭ), представляет собой характеристику прямой передачи. Так как I_К ≈ I_Э, то она похожа на входную ВАХ.

Дата добавления: 2014-01-06