Статические характеристики биполярных транзисторов

В схеме с общей базой входные (эмиттерные) характеристики представляют собой зависимость I _э= f (U_э ) при U_к = const.(рис. 30).

Рис. 30. Схема включения транзистора с общей базой (ОБ)

Характеристика при U к = 0 аналогична прямой ветви диодной вольтамперной характеристики. При подаче (- Uк ) она смещается влево (у p-n-p транзистора). Это свидетельствует о наличии вну- тренней обратной связи, обус-ловленной 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_кприводит 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 DI_{кр =} a DI_э » DI_э.

Кроме того, наклон характеристики с ростомI_эрастет, поскольку с ростомнапряженияU_куменьшаютсяширина базыd_бирекомбинационныйток эмиттераI_э.реки растетдырочная составляющая тока коллектораI_кр.Выходные характеристики имеют три области. В 1-й I_к сильно зависит отU_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. Вторая 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. 32, 33)..

Рис. 32. Схема включения транзистора с общим эмиттером (ОЭ)	Рис. 33. Характеристики транзистора в схеме ОЭ: а - выходные; б - входные

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_бпри росте U_кобусловлено 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 = 0потоки дырок из коллектора в базу и из эмиттера в коллектор компенсированы, ток коллектора I_к» 0. Рост U_кэприводит 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 = bI _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 (½U_r½> 1В) располагается на уровне, примерно равном bI_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 (рис. 34)..

Рис. 34. Зависимость коэффициента β от тока базы

В этой схеме более сильно влияние температуры, т.к. Iко(э) больше и b более сильно меняется при изменении температуры. На рис. 34 приведена зависимость β = φ (Iб ). Она подобна зависимости α = f(Iэ) (рис. 28). Большему току эмиттера соответствует больший ток базы. Пробой коллекторного перехода происходит при меньших в 1,5 - 2 раза

коллекторных напряжениях, чем в схеме с ОБ