Выходные характеристики

Выходными характеристиками биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером называются зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном значении тока базы. Формально выходные характеристики биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером записываются в виде функционального уравнения . Схема включения транзистора для снятия выходных характеристик соответствует рис.1.

Выходные характеристики транзистора в схеме включения с ОЭ (рис. 5) отличаются от выходных характеристик в схеме включения с ОБ , во-первых, тем, что первые оказываются сдвинутыми по оси напряжений вправо на величину напряжения , так как в схеме включения биполярного транзистора с ОЭ напряжение на коллекторном переходе становиться равным нулю при напряжении .

Во-вторых, выходные характеристики в схеме включения с ОЭ на рабочем участке идут более круто, так как при снятии этих характеристик поддерживается постоянным ток базы . Ток не изменяется при увеличении напряжения на коллекторе, а коэффициент при этом увеличивается. Следовательно, для поддержания тока постоянным значением необходимо несколько увеличить ток .

Таким образом, выходная характеристика в схеме с ОБ снимается при постоянном токе , а в схеме с ОЭ – при постепенно возрастающем токе .

Рис.5. Семейство выходных характеристик.

Как и в схеме с ОБ, на семействе выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ различают четыре области, соответствующие различным режимам работы транзистора:

I – режим активного усиления (эмиттерный переход прямосмещенный, а коллекторный переход обратносмещенный) ;

II – режим насыщения (оба перехода открыты);

III – режим отсечки (оба перехода закрыты);

IV – нерабочая область (ограничивается предельно-допустимыми параметрами: максимально-допустимым током коллектора; максимально-допустимым напряжением коллектор-эмиттер; максимальной мощностью рассеяния на коллекторном переходе).

Первая выходная характеристика снимается при отрицательном токе базы (имеет место обрыв цепи эмиттера) и ток базы равен неуправляемому току коллекторного перехода (зависимость 1 рис.5). В этом случае выходная характеристика аналогична обратной ветви вольтамперной характеристики электронно-дырочного перехода /5/ и величина тока коллектора соответствует зависимости и при значении В второе слагаемое в скобках имеет очень малое значение, ток коллектора равен I_ко и слабо изменяется в большом диапазоне изменения напряжения на коллекторе.

Вторая выходная характеристика транзистора (зависимость 2 рис.5) соответствует току базы (обрыв цепи базы). В этом случае в цепи коллектор-эмиттер протекает сквозной ток транзистора , превышающий в ( ) раз неуправляемый ток коллекторного перехода. Данная характеристика также начинается из начала координат и увеличивается по мере возрастания обратного тока перехода коллектор-база. При изменении напряжения на коллекторе изменяется коэффициент передачи по току транзистора в схеме включения с общим эмиттером из-за эффекта модуляции толщины базы. Увеличение по модулю напряжения на коллекторе ведет к возрастанию коэффициента передачи по току и сквозного тока транзистора.

Увеличение тока базы приводит к росту тока коллектора в соответствии с выражением , и выходная характеристика идет выше и смещена вправо относительно начала координат.

Зависимость 3 рис.5 снята при мкА. Если ток базы , а , то это равносильно короткому замыканию коллектора с эмиттером (рис.4). При этом открыт не только эмиттерный переход, но и коллекторный переход тоже работает при прямом смещении. Ток коллектора имеет две составляющие: ток коллектора экстракции и ток коллектора инжекции . Причем, поскольку площадь коллекторного перехода всегда больше площади эмиттерного перехода ( S_k > S_э ), то I_kинж > I_кэкстр , а общий ток коллектора I_к = ( I_кэкстр - I_кинж) < 0. На зависимости 3 рис.5 это соответствует точке А. При подаче обратного напряжения на коллекторный переход I_кинж начинает уменьшаться, в точке В зависимости 3 рис.5 наблюдается равенство I_кэкстр = I_кинж и общий ток коллектора становится равным нулю. При дальнейшем увеличении напряжения ток инжекции продолжает уменьшаться и в точке С зависимости 3 рис.5 напряжения равны, в этом случае на переходе коллектор-база напряжение равно нулю, I_кинж=0, а общий ток коллектора определяется соотношением I_к=βI_б3. Участок CD относится к режиму активного усиления, коллекторный переход получает обратное смещение и работает в режиме экстракции, а эмиттерный - в режиме инжекции. На участке CD ток коллектора равен I_к=βI_б+(β+1)I_ко и зависит от изменения напряжения U_кэ в виду наличия в транзисторе эффекта модуляции толщины базы, который с ростом проявляется в увеличении коэффициента передачи по току β.

С дальнейшим ростом тока базы (зависимости 4,5 при I_б4, I_б5 рис.5 ) выходные характеристики идут выше и правее от начала координат. В этом случае возрастает величина напряжения и при большем значении будет выполняться условие нулевого напряжения на переходе коллектор-база, которое соответствует началу режима активного усиления транзистора.

Отличительной особенностью транзистора в схеме включения с ОЭ является то, что он может управляться не только положительным, но и отрицательным входным током в диапазоне . При , что соответствует случаю , в цепи коллектора протекает неуправляемый ток коллекторного перехода .