Входные характеристики

Рис.3.Семейство входных характеристик.

Входными характеристиками биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером называются зависимости тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном значении напряжения коллектор-эмиттер. Входные характеристики формально записываются функциональным уравнением . Для снятия характеристик биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером используется схема в соответствии с рис.1.

Первая входная характеристика (зависимость 1 на рис. 3а ) представлена для случая, когда напряжение коллектор-эмиттер равно нулю (короткое замыкание коллектора с эмиттером рис.4). В этом случае открывается не только эмиттерный, но и коллекторный переходы, транзистор работает в режиме насыщения и ток базы равен сумме общего тока эмиттера и общего тока коллектора и возрастает более резко при увеличении напряжения :

. (6)

Входная характеристика транзистора при начинается из начала координат, при увеличении по модулю напряжения база-эмиттер ток базы изменяется по экспоненциальному закону и напоминает прямую ветвь вольтамперной характеристики двух параллельно включенных электронно-дырочных переходов /5/.

При подаче на коллектор отрицательного напряжения, превышающего напряжение , коллекторный переход закрывается и ток изменяет свое направление (рис.1). В этом случае транзистор работает в нормальном усилительном режиме, ток коллектора определяется выражением:

, (7)

а ток базы –

(8)

и возрастает с ростом значительно медленнее; входная характеристика существенно смещается вправо (вторая зависимость рис.3а при U_кэ2 = - 1 В). Здесь при напряжении база-эмиттер равного нулю значение тока базы отрицательное и определяется величиной неуправляемого тока коллекторного перехода (8), так как первое слагаемое выражения (8) равно нулю (точка A на зависимости рис.3а). При подаче напряжения база-эмиттер не равным нулю эмиттер начинает инжектировать дырки в базу и появляется положительная составляющая тока базы, которая называется током рекомбинационных потерь базы. При некотором напряжении база-эмиттер ток рекомбинационных потерь базы компенсирует неуправляемый ток коллекторного перехода и суммарный ток базы равен нулю (точка B на входной характеристике рис.3а). На участке BC рис.3а ток рекомбинационных потерь базы превышает неуправляемый ток коллекторного перехода и общий ток базы быстро нарастает. Дальнейшее увеличение напряжения коллектор-эмиттер (зависимость 3 на рис. 3а при = -5 В) приводит к незначительному смещению входной характеристики вправо, ибо с ростом напряжения вследствие эффекта модуляции толщины базы происходит увеличение коэффициента и уменьшение тока базы.

Рис.4. Диаграмма токов в транзисторе при .

Входные характеристики транзистора, снятые при различных температурах, пересекаются в области малых положительных токов базы (рис.3б). Пересечение характеристик объясняется тем, что ток базы имеет положительную и отрицательную компоненты, каждая из которых увеличивается при увеличении температуры.

При малых значениях напряжения база-эмиттер входная характеристика смещается вниз вследствие роста тока при увеличении температуры, который возрастает экспоненциально. При этом точка пересечения входной характеристики транзистора оси напряжений база-эмиттер происходит правее характеристики, снятой при меньшей температуре (рис.3б). Это происходит по двум причинам: во-первых, с ростом температуры экспоненциально увеличивается неуправляемый ток коллекторного перехода и для его компенсации требуется большее значение тока рекомбинационных потерь базы; во-вторых, увеличение температуры окружающей среды ведет к возрастанию коэффициента передачи по току транзистора в схеме включения с общей базой, а это приводит к уменьшению тока рекомбинационных потерь базы. В области больших токов базы входная характеристика смещается влево, так как рост температуры приводит к уменьшению высоты потенциального барьера, росту тока , а, следовательно, и тока .