Биполярного транзистора

В конкретных радиотехнических устройствах транзистор включают как четырехполюсник чаще всего по схеме с общей базой и общим эмиттером.

Такие схемы включения для транзистора типа п-р-n приведены на рис.4. Полярность источников питания соответствует активному режиму работы (эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт). При использовании транзистора типа р-п-p полярность источников питания из­меняется на обратную.

Особенностью биполярного транзистора является то, что он управляется входными токами – I_вх. Для схемы с общей базой I_вх = I_э, для схемы с общим эмиттером I_вх=I_б. С учетом этого в качестве основных статических характеристик транзистора чаще всего используются:

- входные статические характеристики

I_вх = f(U_вх)│U_вых = const

- выходные статические характеристики

I_вых = f(U_вых) │I_вх = const

Для снятия статических характеристик транзистор включается в схему без нагрузки во внешней цепи – R_н. При этих условиях вид характеристик определяется свойствами самого транзистора.

Рассмотрим особенности этих характеристик для основных схем включения транзистора.

Схема с общей базой (рис.4б)

I_вх = I_э, I_вых = I_к , U_вх = U_эб, U_вых = U_кб

Входные характеристики (рис.5б). Общий вид характеристик определяется эмиттерным переходом, включенным в прямом направлении. Поэтому по внешнему виду входные характеристики похожи на прямые ветви вольт-амперной характеристики диода.

Смещение входных характеристик вверх при увеличении обратного напряжения на коллекторном переходе U_кб объясняется следующим. Величина тока эмиттера зависит от градиента концентрации носителей в базе, который увеличивается с ростом напряжения на коллекторе (база становится тоньше).

Выходные характеристики (рис.6б). Общий вид характеристик аналогичен обратной ветви вольт-амперной характеристики диода, т.к. коллекторный переход включен в обратном направлении.

Смещение выходных характеристик вверх при увеличении тока эмиттера соответствует принципу действия транзистора, т.е. взаимосвязи I_э и I_к; I_к=αI_э.

Через коллекторный переход ток протекает и при условии U_к=0. Это связано с наличием градиента концентрации неосновных носителей в базе транзистора при инжекции из эмиттера, т.е. при существовании тока эмиттера. Чтобы ток коллектора стал равным нулю, на коллектор должно быть подано прямое напряжение (работа в режиме двойной инжекции).

Схема с общим эмиттером:

В этом случае:

I_вх= I_б, I_вых=I_к, U_вх=U_бэ, U_вых = U_к

Входные характеристики (рис.5а). Общий вид характеристик такой же

как у входных характеристик транзистора, включенного по схеме с общей базой. Это объясняется тем, что ток базы является суммой обратного тока коллектора I_кб0 и рекомбинационной составляющей I_{э рек}, которая примерно пропорциональна току эмиттера I_э и представляет собой малую часть тока эмиттера.

Смещение входных характеристик вниз при увеличении напряжения коллектора объясняется следующим. При увеличении напряжения коллектора коллекторный переход расширяется в сторону базы, база становится тоньше и рекомбинационная составляющая тока базы уменьшается. Одновременно с этим увеличивается обратный ток коллекторного перехода за счет увеличения тока поверхностной проводимости и термотока. Влияние изменения U_кэ на вид характеристик незначительно, поэтому они практически сливаются в одну при условии U_кэ≠ 0. При условии U_кэ=0 ток базы значительно возрастает, т.к. он протекает через два параллельно включенных в прямом направлении перехода - коллекторный и эмиттерный.

При U_кэ≠ 0 ток базы равен нулю при условии:

I_б = (1 -)I_э – I_кб0 = 0

Это возможно при U_бэ = U_бэ0≠ 0

Выходные характеристики (рис.6а). Общий вид характеристик аналогичен обратной ветви вольт-амперной характеристики диода, т.к. большая часть напряжения источника питания выходной цепи U_кэ падает на коллекторном переходе, включенном в обратном направлении. Минимально возможная величина тока коллектора когда закрыты оба перехода. Ток базы равен-I_кб0. Ток коллектора равен I_кб0.

Характеристика, снятая при I_б=0 (это возможно, когда рекомбинационная составляющая компенсируется обратным током коллекторного перехода), проходит выше и ток коллектора равен

I_к =(β + 1)I_кб0

При I_б>0 выходные характеристики смещаются вверх. В отличие от аналогичных характеристик схемы с общей базой данные характеристики имеют значительно больший наклон, т.е. наблюдается большая зависимость тока коллектора I_к от напряжения на коллекторном переходе U_кп=U_кэ-U_бэ. С увеличением U_кэ для выполнения условия I_б = const необходимо увеличивать ток эмиттера I_э, а при этом растет и ток коллектора I_к.

В области малых напряжений коллектора (U_кэ<U_бэ) появляется прямой ток коллекторного перехода, направленный противоположно току эмиттер-коллектор. Это должно повлечь за собой увеличение тока базы, но

ток базы по условию снятия характеристик должен оставаться постоянным. Для выполнения этого условия нужно уменьшать напряжение базы, что сопровождается уменьшением токов эмиттера и коллектора. Поэтому выходные характеристики при малых напряжениях коллектора имеют резкий спад. Вид статических характеристик для транзистора типа р-п-р аналогичен рассмотренным. При этом полярность источников питания меняется на обратную.

Транзистор является активным усилительным элементом. В радиотехнических устройствах он обычно включается как четырехполюсник. Количественно свойства самого транзистора описываются системами параметров. Различают параметры постоянного тока (α_ст и β_ст) и параметры переменного тока. Параметры переменного тока характеризуют свойства транзистора при наличии на его зажимах переменных составляющих токов и напряжений. Они называются дифференциальными. При их расчете полагают, что на зажимах транзистора действуют гармонические колебания токов и напряжений малой амплитуды.

Наиболее распространенная для биполярных транзисторов система Н-параметров. Систему Н-параметров обычно используют на низких частотах. В этом случае параметры обозначают h₁₁;h₁₂; h₂₁;h₂₂. Низкочастотные значения h - параметров можно найти с помощью входных и выходных характеристик, задаваясь конечными приращениями токов и напряжений.

Смысл и наименование Н-параметров.

- входное сопротивление транзистора

- коэффициент обратной связи по напряжению

- дифференциальный коэффициент передачи

тока

- выходная проводимость транзистора

Параметры h₁₁ и h₁₂ определяют по входным характе­ристикам, а h₂₁ и h₂₂ по выходным характеристикам.

Таким образом, входные и выходные характеристики и параметры транзистора характеризуют данные приборы и позволяют сравнивать их по возможностям.