Краткие сведения из теории 4 страница

Рассмотрим режимы работы и статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. При включении биполярного транзистора по схеме с ОЭ цепь базы является входной, а цепь коллектора – выходной.

В режиме отсечки полярности и значения напряжений UКЭ и UБЭ таковы, что коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении (рис. 2.10). В этом случае через эмиттерный p-n-переход проходит обратный ток IЭБ 0, а через коллекторный – ток IКБ 0. Во входной цепи (цепи базы) проходит ток базы IБ = IКБ 0 + IЭБ 0.

IКБ0

+ -

UБЭ IЭБ0 UКЭ

- +

Рис. 2.10. Схема включения транзистора с ОЭ в режиме отсечки.

В режиме насыщения p-n-переходы включаются в прямом направлении (рис. 2.11,а). Для включения эмиттерного p-n-перехода в прямом направлении на базу подается отрицательное напряжение UБЭ. Для включения коллекторного p-n-перехода в прямом направлении на коллектор следует подавать положительное напряжение относительно базы. Коллекторный переход включается в прямом направлении или при положительном напряжении UКЭ, или при отрицательном, но меньшем по значению, чем UБЭ. В последнем случае напряжение на коллекторном переходе будет прямым и равным UКБ = | UБЭ | - | UКЭ |. Таким образом, в отличие от схемы ОБ режим насыщения в схеме с ОЭ может наступить и при отрицательном напряжении на коллекторе. В режиме насыщения в цепях транзистора проходят токи IК нас и IБ нас, значительно превышающие токи режима отсечки.

IБ нас. IК нас. IБ IК

- + - -

UБЭ IЭ UКЭ UБЭ IЭ UКЭ

+ - + +

а) б)

Рис. 2.11. Схемы включения транзистора с ОЭ:

а) – в режиме насыщения, б) – в активном режиме.

Схема включения транзистора типа p-n-p с ОЭ в активном режиме показана на рис. 2.11,б. Полярности напряжений приложенных между базой и эмиттером (UБЭ) и между коллектором и эмиттером (UКЭ) обеспечивают включение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного – в обратном направлении. При этом физические процессы, происходящие в транзисторе, аналогичны процессам в транзисторе, включенным по схеме с общей базой. Под действием напряжения UБЭ в цепи эмиттера проходит ток IЭ. В базе этот ток разветвляется. Основная его часть идет в коллектор, создавая управляемую составляющую тока коллектора, другая часть – в цепь базы, определяя ток базы рекомбинации. Навстречу току рекомбинации в базе проходит обратный ток коллектора IКБ 0. Поэтому для схемы с ОЭ справедливо уравнение (2.3).

Поскольку в схеме с ОЭ входным является ток базы, уравнение (2.3) следует преобразовать так, чтобы установилась связь между током коллектора и током базы. Это достигается подстановкой в уравнение (2.3) равенства (2.6):

Отсюда

(2.9)

Введя обозначение

(2.10)

представим уравнение (2.9) в виде

(2.11)

Из уравнений (2.9 – 2.11) следует, что ток коллектора состоит из управляемой составляющей h 21 ЭIБ, зависящей от входного тока, и неуправляемой (h 21 Э +1) IКБ 0. Коэффициент пропорциональности h21Э устанавливает связь между управляемой составляющей тока коллектора и током базы. Его называют статическим коэффициентом передачи тока базы. Значения h 21 Э могут достигать сотен и тысяч.

Из выражения (2.11) видно, что в схеме с ОЭ неуправляемый ток коллектора в (h 21 Э + 1) раз больше, чем в схеме с ОБ. Это существенный недостаток схемы с ОЭ. Причина заключается в том, что ток IКБ 0 является одной из составляющих базового (входного) тока, усиливаемого транзистором при его включении по схеме с ОЭ. Достоинство этой схемы – ее значительно большее входное сопротивление, чем у схемы с ОБ. Это обусловлено тем, что при одинаковых входных напряжениях (UБЭ = UЭБ) ток базы значительно меньше тока эмиттера, являющегося входным током схемы с общей базой.

Входные статические характеристики транзистора, включенного с ОЭ (рис. 2.12), отображают зависимость UБЭ = f (IБ) при UКЭ = const.

U БЭ

UКЭ = -4В

UКЭ = -8В

UКЭ = 0

IКБ0 I Б

Рис. 2.12. Входные характеристики

транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

При UКЭ = 0 оба p-n-перехода транзистора включены в прямом направлении (рис. 2.11,б). Из эмиттера и коллектора осуществляется инжекция дырок в базу, где они частично рекомбинируют с электронами, и в цепи базы проходит ток рекомбинации обоих переходов. Поэтому входная характеристика представляет собой вольт – амперную характеристику двух параллельно включенных p-n-переходов.

При UКЭ = -4В коллекторный переход включается в обратном направлении (рис. 2.11,б) и в цепи базы проходит ток

Если UБЭ = 0, то IЭ = 0 и в цепи базы проходит ток IБ = - IКБ 0. Увеличение напряжения UБЭ сопровождается ростом рекомбинационной составляющей тока базы (1- h 21 Б) IЭ, и при некотором напряжении UБЭ ток базы становится равным нулю. Дальнейшее увеличение напряжения UБЭ сопровождается ростом тока базы. Поскольку рекомбинационная составляющая тока базы при UКЭ < 0 значительно меньше тока базы, проходящего при UКЭ = 0, входная характеристика смещается в область меньших токов (в сторону оси напряжений). При увеличении отрицательного напряжения коллектора наблюдается смещение входных характеристик в сторону оси токов (вниз, штриховая кривая на рис. 2.12). Это вызвано образованием напряжения обратной связи Uос на распределенном сопротивлении базы вследствие прохождения через него обратного тока коллектора IКБ 0. Результирующее напряжение на эмиттерном переходе UБЭ увеличивается, что приводит к увеличению инжекции дырок из эмиттера в базу и росту рекомбинационного тока базы. Этому способствует также модуляция толщины базы.

Выходными статическими характеристиками транзистора, включенного с общим эмиттером (рис. 2.13), является семейство характеристик IК = f (UКЭ) при IБ = const.

I К IБ4 > IБ3 > IБ2 > IБ1

Режим IБ4

насыщения IБ3

РКmax IБ2

Акт. Режим IБ1

IБ = 0

IБ = IКБ0 U КЭ

Рис. 2.13. Выходные характеристики

транзистора, включенного с ОЭ.

Вид этих характеристик отражает особенности работы транзистора с ОЭ в различных режимах. Рассмотрим область, соответствующую границе режима отсечки. В этой области ход характеристик зависит от условий работы эмиттерного перехода, определяемых цепью базы.

Если в цепь базы включен источник напряжения UБЭ (рис. 2.10), смещающий эмиттерный переход в обратном направлении, то через эмиттерный переход проходит ток IЭБ 0, обусловленный движением неосновных носителей. Следовательно, происходит разделение потока неосновных носителей в коллекторный и эмиттерный переход. Поэтому через коллекторный переход проходит ток коллектора IКБ 0.

В активном режиме и в режиме насыщения эмиттерный переход включается в прямом направлении путем подачи отрицательного напряжения на базу (рис. 2.11) относительно эмиттера. Под действием этого напряжения в цепи базы проходит ток IБ 1. За счет напряжения UБЭ при нулевом напряжении коллектора оба p-n-перехода транзистора смещены в прямом направлении. Транзистор работает в режиме насыщения, и через коллектор проходит ток инжекции, направление которого противоположно направлению коллекторного тока в активном режиме. В базе происходит накопление неосновных носителей заряда – дырок.

С появлением небольшого отрицательного напряжения на коллекторе ток инжекции из коллектора уменьшается, а ток, обусловленный экстракцией дырок из базы в коллектор, увеличивается. Поэтому при увеличении отрицательного напряжения коллектора до значения U_КЭ = U_БЭ наблюдается значительный рост коллекторного тока. При | U_КЭ | > | U_БЭ | транзистор из режима насыщения переходит в активный режим работы. Рост коллекторного тока при дальнейшем увеличении отрицательного напряжения U_КЭ замедляется, однако наклон выходных характеристик к оси токов в схеме с ОЭ оказывается больше, чем в схеме с общей базой. Это объясняется следующими причинами.

Во-первых, увеличение отрицательного напряжения UКЭ приводит к уменьшению ширины и тока базы (вследствие уменьшения рекомбинационной составляющей). Для восстановления первоначального значения тока базы (выходные характеристики снимаются при постоянных токах базы) необходимо увеличить напряжение UБЭ, что сопровождается ростом токов эмиттера и коллектора.

Во-вторых, возрастающее отрицательное напряжение на коллекторе увеличивает ударную - ионизацию в коллекторном переходе, что сопровождается ростом тока коллектора и может закончиться электрическим пробоем коллекторного перехода.

В схеме с ОЭ увеличение тока базы вызывает увеличение коллекторного тока, т.е. смещение выходных характеристик вверх. Расстояние между выходными характеристиками при одинаковых приращениях тока базы различны. Эта неравномерность расположения выходных характеристик связана с изменением статического коэффициента передачи тока базы h 21 Э при изменении тока эмиттера.

Дата добавления: 2015-05-06