Существует три основных схемы включения транзистора как четырехполюсника: схема с общей базой ( ОБ ), общим эмиттером ( ОЭ ) и общим коллектором ( ОК ) (рис. 4.6).
Рис. 4.6
При любой схеме включения принцип работы транзистора остается неизменным и все физические процессы, описанные при рассмотрении транзистора в схеме с ОБ, остаются в силе и для двух других схем. Включение транзистора одним из трёх способ приводит лишь к смене входных и выходных величин, что отражает на его статических характеристиках. Связь между токами и напряжениями в транзисторе принято представлять семейством характеристик.
Входные характеристики Івх=f1(Uвх)|Uвых=const.
Выходные характеристики Івых=f2(Uвых)|Івх=const.
В зависимости от схемы включения входные и выходные токи и напряжения имеют тот или иной смысл. В схеме с общей базой входные характеристики имеют вид, показанный на рис. 4.7. Кривая Iэ=f1(Uэб) при Uкб=0 предоставляет ВАХ диода, смещенного в прямом направлении . При Uкб<0 входная характеристика смещается в сторону меньших значений Uэб. Объясняется это тем, что при Uкб<0 ширина базы уменьшается, градиент концентраций неосновных носителей в базе увеличивается, а при неизменном напряжении ток эмиттера несколько возрастает. Выходные характеристики при Uкб<0 представляют собой ряд прямых линий, идущих почти горизонтально (рис. 4.8). Незначительный наклон характеристик объясняются возрастанием коэффициента передачи тока α , вследствие уменьшения ширины базы и снижения вероятности рекомендации носителей в базе при увеличении отрицательного (для структуры p-n-p) напряжения Uкб.
Для определения токов необходимо воспользоваться уравнениями (4.5) и (4.6) .
В области больших отрицательных напряжений Uкб в коллекторном переходе может развиваться лавинный пробой, переходящий затем в тепловой.
В области положительных напряжений Uкб ток Ik резко уменьшается, так как коллекторный переход открывается и поток дырок из базы компенсируется встречным диффузионным потоком дырок из коллектора в базу.
Входные и выходные характеристики в схеме с ОЭ показаны на рис. 4.9 и 4.10 соответственно. Входные характеристики внешне схожи с такими же в схеме с ОБ. Однако Iб << Iк и его приращение на единицу напряжения Uбэ значительно меньше. Кроме того, при Uбэ ток Іэ=0 , а ток Iб=-Iко. Поэтому характеристики сдвинутые на эту величину. Иное влияние оказывает на кривые и напряжение — Uкэ. С увеличением отрицательного напряжения Uкэ при Uбэ=const ток Iб уменьшается, так как меньшая ширина базы при этом снижает вероятность рекомбинации в базе неосновных носителей.
Рис. 4.9 Рис. 4.10
Выходные характеристики в схеме с ОЭ отличаются от соответствующих характеристик в схеме с ОБ тремя моментами. Во-первых, область режима насыщения находится при той же полярности напряжения на коллекторе, что и область активного режима. Это отличие от схемы с ОБ объясняется тем, что в схеме с ОЭ все потенциалы отсчитываются от эмиттера. Потенциал его ниже потенциала базы на Uбэ≈0,5-0,7 В. При переходе от схемы с ОБ к схеме с ОЭ это приводит к сдвигу оси ординат на семействе выходных характеристик влево на величину Uбэ. Во-вторых, в схеме с ОЭ неуправляемый ток через коллекторный переход значительно больше тока Iко. В-третьих, наклон выходных характеристик к оси абсцисс также значительно больший. Эти два отличия формально следует из соотношений (4.5), (4.6). Действительно, подставляя в (4.5) соотношения для Іэ из (4.6) выражая ток Іэ через ток базы, имеем
Ік=βIб+(β+1)Іко
. (4.7)
Здесь \(\beta =\frac{\alpha }{1-\alpha }\) – коэффициент усиления по току в схеме с ОЭ.
Это важнейший параметр транзистора. Типичные значения β лежат в пределах 30–150.
Из выражения (4.7) видно, что неуправляемый ток в (β+1) схеме с ОЭ в раз больше, чем в схеме с ОБ. Во столько же раз больше и наклон выходных характеристик.
Объясняется это различным проявлением эффекта модуляции ширины базы. В схеме с общим эмиттером увеличение Uкэ , а следовательно, и Uкб сопровождается уменьшением тока базы, а он по определению выходной характеристики должен быть неизменным. Для восстановления тока базы приходится регулировкой напряжения Uбэ увеличивать ток эмиттера, а это вызывает прирост тока коллектора, т. е увеличение выходной проводимости (в схеме с ОБ ток Iэ при снятии выходной характеристики поддерживается неизменным).
Неравные расстояния между соседними кривыми при равных приращениях тока Iб объясняются увеличением вероятности рекомбинации неосновных носителей в базе с ростом уровня инжекции из эмиттера.
При больших отрицательных напряжениях Uкэ в коллекторном переходе развивается пробой, причем допустимое напряжение Uкэ в 2–3 раза меньше допустимой величины Uкб.
Источник: В.А. Нахалов,Электронные твердотельные приборы
