Входные и выходные характеристики схемы с ОЭ

Работу схемы обычно описывают с помощью входных и выходных характеристик транзистора в той или иной схеме включения. Для схемы с ОЭ входная характеристика — это зависимость входного тока от напряжения на входе схемы, т. е. I_Б = f (U_БЭ) при фиксированных значениях напряжения коллектор — эмиттер (U_КЭ = const).

Рис. 1.12. Выходные (а) и входная (б) характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером

Выходные характеристики — это зависимости выходного тока, т. е. тока коллектора, от падения напряжения между коллектором и эмиттером транзистора I_K= f(U_БЭ) при токе базы I_Б = const.

Входная характеристика по существу повторяет вид характеристики диода при подаче прямого напряжения (рис. 1.12, б). С ростом напряжения U_КЭ входная характеристика будет незначительно смещаться вправо.

Вид выходных характеристик (рис. 1.12, а) резко различен в области малых (участок 0А) и относительно больших значений U_КЭ. Напомним, что для нормальной работы транзистора необходимо, чтобы на переход база — эмиттер подавалось прямое напряжение, а на переход база — коллектор — обратное. Поэтому, пока |U_КЭ|< U_БЭ, напряжение на коллекторном переходе оказывается прямым, что резко уменьшает ток I_К. При |U_КЭ|> U_БЭ напряжение на коллекторном переходе U_БК = U_КЭ — U_БЭ становится обратным и, следовательно, мало влияет на величину коллекторного тока, который определяется в основном током эмиттера. При таком напряжении все носители, инжектированные эмиттером в базу и прошедшие через область базы, устремляются к внешнему источнику. При напряжении U_БЭ < 0 эмиттер носителей не инжектирует и ток базы I_Б = 0, однако в коллекторной цепи протекает ток I_K0 (самая нижняя выходная характеристика). Этот ток соответствует обратному току I₀ обычного p-n-перехода.

При работе транзистора изменяется его режим. Действительно, чем больше ток, протекающий через транзистор, тем больше падение напряжения на нагрузке, а следовательно, тем меньшее напряжение будет падать на самом транзисторе. Характеристики, представленные на рис. 1.12, а, б, описывают лишь статический режим работы схемы. Для оценки динамики и влияния нагрузки на работу схемы используют графоаналитический метод расчета на основе входных и выходных характеристик. Рассмотрим этот метод на примере входных и выходных характеристик схемы c ОЭ.

Проведем прямую через точку E_K, отложенную на оси абсцисс, и точку Е_К /R_н, отложенную на оси ординат выходных характеристик транзистора. Полученная прямая называется нагрузочной. Точка Е_К /R_н этой прямой соответствует такому току, который мог бы течь через нагрузку, если транзистор замкнуть накоротко. Точка E_K соответствует другому крайнему случаю — цепь разомкнута, ток через нагрузку равен нулю, а напряжение U_КЭ равно E_K. Точка р пересечения нагрузочной прямой со статической выходной характеристикой, соответствующей входному току I_Б, определит рабочий режим схемы, т. е. ток в нагрузке I_K, падение напряжения на ней U_н = I_K R_н и падение напряжения U_KЭ на самом транзисторе. На рис. 1.12, а точка р соответствует подаче в транзистор тока базы I_Б = 1 мА. Нетрудно видеть, что подача тока базы I_Б = 2 мА приводит к смещению рабочей точки в точку А и перераспределению напряжений между нагрузкой и транзистором.

Пример 1.1. Рассчитать схему с ОЭ и R_н = 110 Ом при входном напряжении U_БЭ = +0,1 В, напряжении питания E_K=+25B, используя характеристики транзистора.

Решение. Найдем отношение Е_К/R_н = 25/110 = 228 мА и, отложив найденную точку на оси I_K и значение E_K = +25B на оси U_KЭ, проведем нагрузочную прямую.

По входной характеристике для напряжения U_БЭ = 0,1 В определим входной ток I_Б = 1 мА.

Точка пересечения р прямой с характеристикой, соответствующей I_Б = 1 мА, определит ток I_K = 150 мА.

Напряжение на нагрузке равно

U_н = I_KR_н = 0,15 · 110 = 16,5 В.

Напряжение между коллектором и эмиттером транзистора

U_KЭ = E_K — I_KR_н = 25 — 16,5 = 8,5 B.

В заключение отметим, что режим, соответствующий точке А, называют режимом насыщения (при заданных значениях R_н и E_К ток I_К в точке А достигает наибольшего возможного значения). Режим, соответствующий точке В (входной сигнал равен нулю), а также точке С (входной сигнал отрицателен и запирает транзистор), называют режимом отсечки. Все промежуточные состояния транзистора с нагрузкой между точками А и В относятся к активному режиму его работы.