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 Iэ и Iк; Iк=αIэ.
Через коллекторный переход ток протекает и при условии Uк=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:
Iвх= Iб, Iвых=Iк, Uвх=Uбэ, Uвых = Uк
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 Iкб0 и рекомбинационной составляющей Iэ рек, которая примерно пропорциональна току эмиттера Iэ 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 Uкэ на вид характеристик незначительно, поэтому они практически сливаются в одну при условии Uкэ≠ 0. При условии Uкэ=0 ток базы значительно возрастает, т.к. он протекает через два параллельно включенных в прямом направлении перехода - коллекторный и эмиттерный.
При Uкэ≠ 0 ток базы равен нулю при условии:
Iб = (1 -)Iэ – Iкб0 = 0
Это возможно при Uбэ = Uбэ0≠ 0
Выходные характеристики (рис.6а). Общий вид характеристик аналогичен обратной ветви вольт-амперной характеристики диода, т.к. большая часть напряжения источника питания выходной цепи Uкэ падает на коллекторном переходе, включенном в обратном направлении. Минимально возможная величина тока коллектора когда закрыты оба перехода. Ток базы равен-Iкб0. Ток коллектора равен Iкб0.
Характеристика, снятая при Iб=0 (это возможно, когда рекомбинационная составляющая компенсируется обратным током коллекторного перехода), проходит выше и ток коллектора равен
Iк =(β + 1)Iкб0
При Iб>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 Iк от напряжения на коллекторном переходе Uкп=Uкэ-Uбэ. С увеличением Uкэ для выполнения условия Iб = const необходимо увеличивать ток эмиттера Iэ, а при этом растет и ток коллектора Iк.
В области малых напряжений коллектора (Uкэ<Uбэ) 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 (αст и βст) 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.
3. Режимы работы транзистора
В зависимости от полярности подключения источников питания к электродам транзистора различают прямое и обратное (инверсное) включение транзистора.
При этом в зависимости от состояния переходов в транзисторе различают три режима:
-активный (или усилительный), в этом режиме эмиттерный переход открыт, а коллекторный переход закрыт;
-насыщения (или режим двойной инжекции), в этом режиме оба перехода открыты);
-отсечки (оба перехода закрыты).
В активном режиме через транзистор протекают токи, величина которых определяется величиной приложенных напряжений и принципом действия транзистора (уже изучены).
В режиме насыщения оба перехода открыты, сопротивление транзистора близко к нулю (десятки ом), электроды транзистора как бы стянуты в одну точку.
В режиме отсечки оба перехода закрыты, через транзистор протекают только обратные токи переходов, сопротивление транзистора велико.
Обратное (инверсное) включение транзистора характеризуется тем, что роль эмиттера выполняет коллектор, а роль коллектора - эмиттер. При этом коэффициент передачи тока значительно уменьшается. Такое включение находит применение в специальных схемах.
Так как транзистор является усилительным прибором, то в зависимости от того, какой сигнал подается на его вход, он может работать в режиме:
- усиления (на вход подается сигнал малой амплитуды);
- переключения (иногда называемым ключевым или режимом большого сигнала). В этом режиме транзисторы замыкают и размыкают электрические цепи под действием входного управляющего сигнала подобно механическим контактам.
Таким образом, в зависимости от полярности напряжений, подаваемых на переходы транзистора, он может работать в различных режимах, которые применяются в зависимости от конкретного использования прибора.
ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ
Таким образом, основной особенностью транзистора является то, что он может применяться в качестве усилительного элемента. При этом управление транзистором осуществляется входным током, в качестве которого может использоваться ток базы или ток эмиттера.
Статические характеристики определяют функциональные возможности применения транзистора в конкретных радиотехнических устройствах. Они приводятся в справочных данных на транзистор. Статические характеристики используют для выбора оптимального электрического режима транзистора, графического определения статических дифференциальных параметров, оценки параметров усиления и других целей.
Изученные выше параметры характеризуют транзистор при работе его в активном (усилительном) режиме. Важнейшими его режимами являются также отсечки и двойной инжекции, в которых он находится работая в ключевых схемах. Изучению особенностей физических процессов в транзисторе при работе его в режиме усиления и в режиме ключа будут посвящены следующие лекции.
Задание на самостоятельную подготовку
1. Изучить материал по учебнику [Л1] страницы 240-243.
2. Подготовиться к лабораторной работе по исследованию биполярных транзисторов.
Старший преподаватель кафедры N9
доцент п/п Г.Подлеский
Рецензент:
доцент
п/п Б.Степанов