Статические характеристики транзистора

в схеме с ОЭ

Входные характеристики. Зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер I_Б=f(U_Б) при постоянном напряжении коллектор-эмиттер называется входной вольт-амперной характеристикой (рис. 2.13).

При U_КЭ=0 эмиттерный и коллекторный переходы транзистора включены в прямом направлении и токи коллектора и эмиттера суммируются в базе.

Входная характеристика при этом представляет ВАХ двух p-n-переходов, включенных параллельно. Транзистор работает в режиме насыщения. При повышении коллекторного напряжения транзистор переходит в активный режим. Коллекторный переход смещается в обратном направлении, и входной ток уменьшается, так как прекращается инжекция дырок из базы в коллектор. При дальнейшем росте напряжения коллектор-эмиттер входной ток уменьшается из-за снижения толщины базы и тока рекомбинации. При больших прямых токах и напряжениях на входные характеристики оказывает влияние сопротивление базы и на зависимости I_Б=f(U_БЭ) появляется участок близкий к линейному.

Входные характеристики германиевых транзисторов располагаются в диапазоне напряжений 0.2¸0.4 В, кремниевых 0,4¸0,6 В.

Выходные характеристики. Зависимость коллекторного тока от коллекторного напряжения при заданном токе базы называется выходной вольт-амперной характеристикой транзистора I_К=f(U_КЭ), I_Б=const. (рис. 2.14) Выходные характеристики можно разбить условно на три участка. На большей части характеристики при U_КЭ>U_КЭН@U_БЭ коллекторный ток почти не зависит от коллекторного напряжения.

На этом участке транзистор работает в активном режиме: коллекторный переход включен в обратном направлении; эмиттерный в прямом. Увеличение коллекторного тока с ростом U связано с ростом b. Так как коэффициент усиления b является функцией тока коллектора, а следовательно зависит от

тока базы, то при одинаковых приращениях тока базы характеристики располагаются на разных расстояниях друг от друга. На данном участке транзистор можно рассматривать как управляемый источник коллекторного тока, величина которого изменяется за счет изменения I_Б.

Крутые участки характеристик при U_КЭ<U_КЭН=U_БЭ соответствуют режиму насыщения, когда коллекторный и эмиттерный переходы включаются в прямом направлении. При уменьшении U_КЭ<U_КЭН навстречу потоку электронов, инжектированных из эмиттера, устремляется поток дырок, в результате

коллекторный ток резко падает. На этом участке транзистор теряет свои усилительные свойства.

Увеличение коллекторного тока при больших напряжениях связано с лавинным умножением носителей в коллекторном переходе.

2.6. Модель Эбберса-Молла

Она имеет наибольшее распространение и характеризует только активную область транзистора. Модель Эбберса-Молла (рис. 2.15) отражает равноправность переходов транзистора. Диоды отображают инжекцию зарядов через эмиттерный и коллекторный переходы - токи I₁ и I₂. Источник a_II₂ учитывает передачу тока из коллектора в эмиттер, а источник a_NI₁ из эмиттера в коллектор. a_N и a_I - коэффициенты передачи тока при нормальном инверсном включениях. Источник a_NI₁ отражает инжекцию электронов из эмиттера в базу и перенос из через базу в коллектор и нежелательную инжекцию дырок и базы в эмиттер. Источник a_II­₂ отражает инжекцию электронов из коллектора в базу и перенос их через базу в эмиттер и инжекцию дырок из базы в коллектор.

Из рис. 2.15 можно записать:

(2.6.1) (2.6.2) (2.6.3)

Используя выражения для ВАХ диода согласно которым I₁=I_ЭО[exp(qU_БЭ/KT)-1], I₂=I_KО[exp(qU_БK/KT)-1], где I_ЭО и I_КО параметры модели имеющие смысл тепловых обратных токов, записанные три уравнения можно переписать в виде: , (2.6.4)

(2.6.5)

. (2.6.6)

Из этих уравнений можно получить аналитические модели для любого семейства характеристик в любой схеме включения.

Модель Эбберса-Молла определяет статические вольт-амперные характеристики и не учитывает многих особенностей транзистора: объёмных сопротивлений областей, рекомбинацю в эмиттерном переходе, модуляцию толщины базы и т.д.

2.7. Транзистор как линейный четырехполюсник

Транзистор можно рассматривать как линейный четырехполюсник (рис. 2.16). При небольших изменениях напряжений и токов статические характеристики транзистора можно считать почти линейными.

Пусть независимыми переменными являются входной ток I₁ и выходное напряжение U₂. Тогда U₁=f₁(I₁,U₂) и I₂=f₂(I₁,U₂).

Для небольших приращений напряжений и токов можно записать:

DU₁=, (2.7.1)

DI₂=. (2.7.2)

Пусть DU₂ и DI₁ малые гармонические колебания c комплексными амплитудами,, тогда уравнения можно переписать в виде:

, (2.7.3)

, (2.7.4)

h- параметры являются комплексными величинами и имеют следующий смысл:

h₁₁=при =0- входное сопротивление при короткозамкнутой на выходе переменной составляющей U₂=const.

h₁₂=при =0- коэффициент обратной связи по напряжению

при разомкнутом входе для переменной составляющей I₁=const.

h₂₁=при =0- коэффициент передачи тока при короткозамкнутом выходе по переменному току U₂=const. В схеме с ОЭ

h_21Э=b+I_Б . (2.7.5)

h₂₂=при =0- выходная проводимость при разомкнутом входе, для переменной составляющей.

Значения h-параметров зависят от величины входного тока и выходного напряжения, от схемы включения и частоты.

h-параметры достаточно просто определяются на низких частотах и используются для расчета схем.

Применяется также система Y-параметров, для определения которой в качестве независимых переменных выбирают входное и выходное напряжения.

Y-параметры наиболее удобны для описания высокочастотных свойств транзисторов.

Дата добавления: 2014-01-07