Характеристики транзистора. Основные параметры транзисторов

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 24Следующая ⇒

При включении транзистора в различных схемах представляют практический интерес графические зависимости напряжения и тока входной цепи (входные вольт-амперные характеристики) и выходной цепи (выходные или коллекторные вольт-амперные характеристики). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора. Наибольшее распространение получили входные и выходные статические характеристики для двух схем включения транзистора: с общей базой и общим эмиттером.

Схема с общей базой

Семейство входных характеристик схемы с ОБ представляет собой зависимость I_Э = f(U_ЭБ) при фиксированных значениях параметра U_КБ - напряжения на коллекторном переходе (рисунок 4.10).

Рис.4.10. Семейство входных характеристик в схеме с ОБ (рисунок выполнен авторами)

При U_КБ = 0 характеристика подобна вольт-амперной характеристике p-n перехода. С ростом обратного напряжения U_КБ (U_КБ < 0 для p-n-p транзистора) вследствие уменьшения ширины базовой области (эффект Эрли - влияние обратного напряжения на коллекторном переходе на токи биполярного транзистора) происходит смещение характеристики вверх: I_Э растет при выбранном значении U_ЭБ. Если поддерживается постоянным ток эмиттера (I_Э = const), т.е. градиент концентрации дырок в базовой области остается прежним, то необходимо понизить напряжение U_ЭБ, (характеристика сдвигается влево). Следует заметить, что при U_КБ< 0 и U_ЭБ=0 существует небольшой ток эмиттера I_Э0, который становится равным нулю только при некотором обратном напряжении U_ЭБ0.

Семейство выходных характеристик схемы с ОБ представляет собой зависимости I_К= f(U_КБ) при заданных значениях параметра I_Э (рисунок 4.11).

Рис.4.11. Семейство выходных характеристик в схеме с ОБ (рисунок выполнен авторами)

Выходная характеристика p-n-p транзистора при I_Э = 0 и обратном напряжении |U_КБ < 0| подобна обратной ветви p-n перехода (диода). При этом в соответствии с I_К = I_КБО, т. е. характеристика представляет собой обратный ток коллекторного перехода, протекающий в цепи коллектор - база. При I_Э > 0 основная часть инжектированных в базу носителей (дырок в p-n-p транзисторе) доходит до границы коллекторного перехода и создает коллекторный ток при U_КБ = 0 в результате ускоряющего действия контактной разности потенциалов. Ток можно уменьшить до нуля путем подачи на коллекторный переход прямого напряжения определенной величины. Этот случай соответствует режиму насыщения, когда существуют встречные потоки инжектированных дырок из эмиттера в базу и из коллектора в базу. Результирующий ток станет равен нулю, когда оба тока одинаковы по величине (например, точка А' на рисунок 4.11). Чем больше заданный ток I_Э, тем большее прямое напряжение UКБ требуется для получения IК = 0. Область в первом квадранте на рис. 4.11, где U_КБ < 0 (обратное) и параметр I_Э > 0 (что означает прямое напряжение U_ЭБ) соответствует нормальному активному режиму (НАР). Значение коллекторного тока в НАР определяется формулой I_К = α I_Э + I_КБО. Выходные характеристики смещаются вверх при увеличении параметра I_Э. В идеализированном транзисторе не учитывается эффект Эрли (эффект Эрли - влияние обратного напряжения на коллекторном переходе на токи биполярного транзистора), поэтому интегральный коэффициент передачи тока α можно считать постоянным, не зависящим от значения |U_КБ|. Следовательно, в идеализированном биполярном транзисторе выходные характеристики оказываются горизонтальными (I_К = const). Реально же эффект Эрли при росте |U_КБ| приводит к уменьшению потерь на рекомбинацию и росту α. Так как значение α близко к единице, то относительное увеличение α очень мало и может быть обнаружено только измерениями (Биполярные транзисторы). Поэтому отклонение выходных характеристик от горизонтальных линий вверх на самом деле не заметно (на рисунке 4.11 не соблюден масштаб).

Схема с общим эмиттером

Семейство входных характеристик схемы с ОЭ представляет собой зависимости I_Б = f(U_БЭ), причем параметром является напряжение U_КЭ (рисунок 4.12). Для p-n-p транзистора отрицательное напряжение U_БЭ (U_БЭ < 0) означает прямое включение эмиттерного перехода, так как U_ЭБ = -U_БЭ > 0. Если при этом U_КЭ = 0 (потенциалы коллектора и эмиттера одинаковы), то и коллекторный переход будет включен в прямом направлении:

U_КБ = U_КЭ + U_ЭБ = U_ЭБ > 0.

Поэтому входная характеристика при U_КЭ = 0 будет соответствовать режиму насыщения (РН), а ток базы равным сумме базовых токов из-за одновременной инжекции дырок из эмиттера и коллектора. Этот ток, естественно, увеличивается с ростом прямого напряжения U_ЭБ, так как оно приводит к усилению инжекции в обоих переходах (U_КБ= U_ЭБ) и соответствующему возрастанию потерь на рекомбинацию, определяющих базовый ток.

Рис.4.12. Семейство входных характеристик в схеме с ОЭ (рисунок выполнен авторами)

Вторая характеристика на рисунке 4.12 (U_КЭ < 0) относится к нормальному активному режиму, для получения которого напряжение U_КЭ должно быть в p-n-p транзисторе отрицательным и по модулю превышать напряжение U_ЭБ. В этом случае U_КБ = U_КЭ + U_ЭБ = U_КЭ - U_БЭ < 0. Формально ход входной характеристики в НАР можно объяснить с помощью выражения: I_Б = (1 - α )I_Э - I_КБО. При малом напряжении U_БЭ инжекция носителей практически отсутствует (I_Э = 0) и ток I_Б= -I_КБО, т.е. отрицателен. Увеличение прямого напряжения на эмиттерном переходе U_ЭБ = -U_БЭвызывает рост I_Э и величины (1 - α ) I_Э. Когда (1 - α ) I_Э = I_КБО, ток I_Б = 0. При дальнейшем роете U_БЭ (1 - α ) I_Э> I_КБО и I_Б меняет направление и становится положительным (IБ > 0) и сильно зависящим от напряжения перехода. Влияние U_КЭ на I_Б в НАР можно объяснить тем, что рост |U_КЭ| означает рост |U_КБ| и, следовательно, уменьшение ширины базовой области (эффект Эрли). Последнее будет сопровождаться снижением потерь на рекомбинацию, т.е. уменьшением тока базы (смещение характеристики незначительно вниз).

Семейство выходных характеристик схемы с ОЭ представляет собой зависимости I_К = f(U_КЭ) при заданном параметре I_Б (Рис 4.13).

Рис.4.13. Семейство выходных характеристик в схеме с ОЭ (рисунок выполнен авторами)

Крутые начальные участки характеристик относятся к режиму насыщения, а участки с малым наклоном - к нормальному активному режиму. Переход от первого режима ко второму, как уже отмечалось, происходит при значениях |U_КЭ|, превышающих |U_БЭ|. На характеристиках в качестве параметра берется не напряжение U_БЭ, а входной ток I_Б. Поэтому о включении эмиттерного перехода приходится судить по значению тока I_Б, который связан с входной характеристикой на рисунке 4.12. Для увеличения I_Б необходимо увеличивать |U_БЭ|, следовательно, и граница между режимом насыщения и нормальным активным режимом должна сдвигаться в сторону больших значений.

Если параметр I_Б = 0 (" обрыв" базы), то в соответствии с формулой I_К = I_КЭО = (β + 1 ) I_КБО. В схеме с ОЭ можно получить (как и в схеме с ОБ) I = I_КБО, если задать отрицательный ток I_Б = -I_КБО. Выходная характеристика с параметром I_Б = -I_КБО может быть принята за границу между НАР и режимом отсечки (РО). Однако часто за эту границу условно принимают характеристику с параметром I_Б = 0.

Наклон выходных характеристик в нормальном активном режиме в схеме с общим эмиттером во много раз больше, чем в схеме с общей базой (h_22Э ≈ β h_22Б) Объясняется это различным проявлением эффекта Эрли. В схеме с общим эмиттером увеличение U_КЭ, а следовательно и UКБ сопровождается уменьшением тока базы, а он по определению выходной характеристики должен быть неизменным (Биполярные транзисторы). Для восстановления тока базы приходится регулировкой напряжения U_БЭувеличивать ток эмиттера, а это вызывает прирост тока коллектора Δ I_К, т.е. увеличение выходной проводимости (в схеме с ОБ ток I_Э при снятии выходной характеристики поддерживается неизменным).

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒