Características estáticas

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 І_Rin=f₁(U_Rin)|_{Uвых=const}.

Выходные характеристики І_O=f₂(U_O)|_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 Me_e=f₁(U_эб) cuando En_kb=0 предоставляет ВАХ диода, смещенного в прямом направле­нии . При En_kb<0 входная характеристика смещается в сторону меньших значений En_эб. Объясняется это тем, что при En_kb<0 ширина базы уменьша­ется, градиент концентраций неосновных носителей в базе уве­личивается, а при неизменном напряжении ток эмиттера несколько воз­растает. Выходные характеристики при En_kb<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 U_kb.

Для определения токов необходимо воспользоваться уравнениями (4.5) и (4.6) .

В области больших отрицательных напряжений U_kb в коллекторном пе­реходе может развиваться лавинный пробой, переходящий затем в теп­ловой.

В области положительных напряжений En_kb corriente Me_k 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 I_a << I_a и его приращение на единицу напряжения U_бэ значительно меньше. Кроме того, при U_бэ ток І_e=0 , а ток I_a=-I_ко. Поэтому характеристики сдвинутые на эту величину. Иное влияние оказы­вает на кривые и напряжение – U_кэ. С увеличением отрицательного напря­жения U_кэ при U_бэ=const ток Me_a 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 U_бэ≈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 U_бэ. Во-вторых, в схеме с ОЭ неуправляемый ток через коллекторный переход значи­тельно больше тока I_ко. 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 І_e из (4.6) выражая ток І_e через ток базы, имеем

І_a=βI_a+(β+1)І_ко

. (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 U_кэ , а следовательно, и U_kb сопровождается уменьшением тока базы, а он по определению выходной характеристики должен быть неизменным. Для восстановления тока базы приходится регулировкой напряжения U_бэ увеличивать ток эмиттера, а это вызывает прирост тока коллектора, т. е увеличение выходной проводимо­сти (в схеме с ОБ ток I_e при снятии выходной характеристики поддержива­ется неизменным).

Неравные расстояния между соседними кривыми при равных прираще­ниях тока I_a объясняются увеличением вероятности рекомбинации неос­новных носителей в базе с ростом уровня инжекции из эмиттера.

При больших отрицательных напряжениях U_кэ в коллекторном пере­ходе развивается пробой, причем допустимое напряжение U_кэ в 2–3 раза меньше допустимой величины U_kb.

Источник: В.А. Нахалов,Электронные твердотельные приборы