Статические характеристики биполярного транзистора

Статические характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзистора и для практических расчетов транзисторных схем. Статические характеристики устанавливают связь между постоянными входными и выходными токами и напряжениями и представляются в виде графиков.

Характеристики зависят от схем включения транзисторов. В справочниках обычно приводят типовые семейства характеристик для двух схем включения – с общим эмиттером (ОЭ) и общей базой (ОБ). Характеристики для схем с ОК неудобны для практического применения.

Под входными и выходными параметрами понимают

Параметр схема с ОБ схема с ОЭ

I_вх I_э I_б

U_вх - U_эб U_бэ

I_вых I_к I_к

U_вых U_кб U_кэ

Выходные характеристики транзистора с общей базой показаны на рис. 2.5, а.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения U_кб.

I_k = f (U_кб).

Семейство выходных характеристик снимается при постоянных значениях тока эмиттера. При токе эмиттера равном нулю и напряжении коллектор-база U_кб в цепи коллектора протекает ток I _КБ0, величина которого слабо зависит от U_кб – это основная особенность выходных характеристик с ОБ. Границей между режимом отсечки и активным режимом является характеристика, снятая при I_э = 0. Эта характеристика представляет собой ток I _КБ0, то есть обратный ток коллекторного перехода. Рабочие участки выходных характеристик для различных значений I_э представляют собой прямые линии, идущие с очень небольшим наклоном. Действительно, для увеличения коллекторного тока надо увеличивать ток эмиттера, чтобы из эмиттера в базу инжектировалось больше носителей. Но если эмиттерный ток постоянен, то увеличение коллекторного тока при увеличении U_кб происходит главным образом за счет уменьшения толщины базы, в результате чего в базе снижается рекомбинация, следовательно, увеличивается часть тока, достигающего коллекторного перехода.

При U_кб = 0 ток остается почти таким же, как и при U_кб <0. Это объясняется тем, что благодаря сопротивлению базы на коллекторном переходе имеется некоторое напряжение.

При небольших положительных напряжениях U_кб ток коллектора резко уменьшается, а затем меняет свое направление и резко возрастает. Это объясняется тем, что напряжение другого знака является для коллектора прямым. Область значений U_кб >0 носит название области насыщения.

Входные характеристики транзистора с общей базой показаны на рис.2.5,б. Входными характеристиками транзистора, включенного по схеме с общей базой называют семейство характеристик, выражающих зависимость U_эб = f (I_э). В качестве параметра семейства характеристик используется напряжение U_кб. Вольтамперная характеристика при U_кб =0 аналогична характеристике диода в пропускном направлении: ток эмиттера экспоненциально возрастает с увеличением напряжения на эмиттере. Увеличение отрицательных значений U_кб вызывает смещение кривых к оси токов. Это смещение наиболее заметно при малых напряжения, при напряжениях порядка нескольких вольт кривые сливаются в одну. Это смещение вызвано двумя причинами. Во-первых, при повышении отрицательного напряжения коллектора уменьшается ширина базы и увеличивается градиент концентрации дырок в базе, что приводит к возрастанию тока эмиттера. Во-вторых, при повышении отрицательного напряжения U_кб увеличивается обратный ток коллектора, что приводит к увеличению результирующего напряжения на эмиттерном переходе.

Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером показаны на рис. 2.8,а.

Семейство выходных характеристик I_к = f (U_кэ) снимается при постоянных токах базы.

Это связано с тем, что из-за малого входного сопротивления транзистора источник переменного входного напряжения, имеющий, как правило, большое внутреннее сопротивление, работает в режиме источника тока. Таким образом, входной ток считается заданным, и удобнее вести расчеты с помощью выходных характеристик.

По сравнению с выходными характеристиками транзистора в схеме с общей базой они имеют больший наклон. Это объясняется более сильной зависимостью коэффициента передачи тока базы от напряжения U_кэ. Первая характеристика при I_б = 0 напоминает кривую обратного тока полупроводникового диода. Она соответствует условию разомкнутой цепи базы, при котором в цепи коллектора протекает ток I_{КЭ 0}. Ток эмиттера, а, следовательно, и ток коллектора при постоянном токе базы возрастает при увеличении U_кэ.

В области режима насыщения вольтамперные характеристики сливаются в одну линию. Начальные участки выходных характеристик сходятся в начало координат, так как при U_кэ =0 разность потенциалов на коллекторном переходе равна нулю, а следовательно, равен нулю и ток коллектора. Формально границей раздела активного режима и режима насыщения является условие u_кэ = и_бэ. Это напряжение для кремниевых транзисторов составляет около 0,7 В. Пока прямое напряжение и_к.п.= и_бэ- u_кэ невелико, ток коллектора несущественно отличается от тока в активном режиме. Резкое уменьшение тока коллектора наступает при u_кэ = 0,1 В. В справочниках это напряжение обозначается u_кэ.нас.

Входные характеристики транзистора с общим эмиттером приведены на рис.2.8,б. Они представляют собой зависимость при неизменном напряжении U_кэ. Взаимное расположение входных характеристик, как и в схеме с общей базой зависит от напряжения коллектора. Однако входные характеристики в схеме с ОЭ, снятые при больших значениях напряжения U_кэ, располагаются дальше от оси токов, чем характеристики при меньших значениях U_кэ. При U_кэ =0 входная характеристика подобна характеристике прямого тока полупроводникового диода. При U_кэ >0 характеристика сдвигается вправо, ток базы уменьшается и при малых значениях U_бэ становится отрицательным. Влияние напряжения U_кэ на величину входного тока практически прекращается при напряжениях, больших 0,1…0.2 В.

Дата добавления: 2014-01-06