Если ток эмиттера равен нулю, то зависимостьпредстав­ляет собой характеристику электронно-дырочного перехода: в цепи коллектора протекает небольшой собственный обратный ток IКо.

  При прямом напряжении коллек­тора ток изменяет направление и резко возрастает — открывается кол­лекторный переход (в целях наглядности на     рис. 5-2  для положитель­ных напряжений взят более крупный масштаб).

                                                                Рис 5-2

Если же в цепи эмиттера создан некоторый ток Iэ, то уже при ну­левом напряжении коллектора в его цепи в соответствии  протекает ток Iк=I’э обусловленный инжекцией дырок из эмиттера. Поскольку этот ток вызывается градиентом концентрации дырок в базе, для его поддержания коллекторного напряжения не требуется.                                                     Рис 5-3                            

При подаче на коллектор обратного напряжения ток его несколько возрастает за счет появления собственного тока коллекторного пере­хода IКБ0 и некоторого увеличения коэффициента переноса v, вызван­ного уменьшением толщины базы.

При подаче на коллектор прямого напряжения появляется прямой ток коллекторного перехода. Так как он течет навстречу току инжекции  Iэ, то результирующий ток в цепи коллектора с ростом прямого напряжения до величины UK0 быстро уменьшается до нуля, затем при дальней­шем  повышении прямого напряжения коллектора приобретает обратное направление и начинает быстро возрастать.

Если увеличить ток эмиттера до зна­чения , то характеристика сместится пропорционально вверх на величину

На рис. 5-2,б представлены реаль­ные выходные характеристики транзи­стора КТ3107, они имеют такой же вид, как и теоретические, с учетом поправок.

Коэффициент передачи тока эмиттера. Как показывает опыт, коэф­фициент передачи тока  зависит от величины тока эмиттера (рис. 5-)

С ростом тока эмиттера увеличи­вается напряженность внутреннего поля базы, движение дырок на коллектор становится более направленным, в результате уменьшают­ся рекомбинационные потери на поверхности базы, возрастает коэф­фициент переноса , а следовательно, и . При дальнейшем увеличении тока эмиттера снижается коэффициент инжекции и растут потери на объемную рекомбинацию, поэтому коэффициент передачи тока  на­чинает уменьшаться.

В целом зависимость коэффициента передачи тока  от тока эмит­тера в маломощных транзисторах незначительна, в чем можно убедить­ся,  обратив внимание на масштаб по вертикальной оси  рис.(5-3).

В транзисторах, работающих при высокой плотности тока, наблю­дается значительное падение напряжения вдоль базы, обусловленное током базы; в результате напряжение в точках эмиттерного перехода, удаленных от вывода базы, оказывается заметно меньшим, чем в близ­лежащих. Поэтому эмиттерный ток концентрируется по периметру эмиттера ближе к выводу базы, эффективная площадь эмиттера полу­чается меньше, чем при равномерной инжекции, и коэффициент  быст­ро надает с ростом тока эмиттера.

 Для ослабления указанного явления применяют электроды, имеющие высокое отношение длины периметра к площади: кольцевые и гребенчатые.

Схема с общим эмиттером

Ранее были рассмотрены статические характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой, когда общая точка входной и вы­ходной цепей находится на базовом электроде. Другой распростра­ненной схемой включения транзистора яв­ляется схема с общим эмиттером, в кото­рой общая точка входной и выходной це­пей соединена (рис. 5-4).

Входным напряжением в схеме с общим эмиттером является напряжение базы  измеряемое относительно эмиттерного элек­трода. Для того чтобы эмиттерный пере­ход был открыт, напряжение базы долж­но быть отрицательным (рассматривается транзистор   типа   р-n-р).

   Выходным напряжением в схеме с об­щим эмиттером является напряжение коллектора   измеряемое относительно эмиттерного электрода. Для того чтобы коллекторный переход был закрыт, напряжение коллекто­ра должно быть большим по величине, чем прямое напряжение базы.

Отметим, что в схеме с общим эмиттером в рабочем режиме, когда транзистор открыт, полярность источников питания базы и коллектора одинакова.     

                              r Бо                    r ко

                                                             r эо

                                           E 1                      E 2

                                              Рис. 5-4                      

Входные характеристики. Входные характеристики транзистора в схеме с общим   эмиттером представляют собой зависимость тока базы от напряжения  при  ; 

    Ток коллектора  равен:    Iк= Iкбо + h21БIэ 

Исключив ток эмиттера, получим: 

Iк= Iкбо / (1+ h21Б) – h21Б / (1+ h21Б)*IБ                   (5.4)

 Первый член называется обратным током коллектор – эмиттер при токе базы =0, т.  е. разомкнутой базе.Этот ток обозначают Iкэо. Таким образом:

Iкэо = Iкбо / (1+ h21Б)                                                 (5.5)

  Так как коофичент h21Б отрицателен, а по абсолютной величине очень близок к единице и может достигать 0,980 - 0,995, ток Iкэо в 50-200 раз больше тока Iкбо.

Множитель при втором члене в уравнении (5.4) является коофицинтом передачи тока в схеме с ОЭ в режиме больших сигналов:

h21Э =- h21Б /(1+ h21Б)                                                    (5.6)

Выразим  коофицент  h21Б  через токи  Iк,  Iэ, и  IкБо:

h21Б =-( Iк – IкБо )/ Iэ                                              (5.7)

Подставив это выражение в уравнение (5.6), получим:

h21Э =( Iк – IкБо)/( IБ + IкБо)                                     (5.8)

  Когда ток коллектора Iк велик по сравнению с током  IкБо,     

h21Э ≈ Iк / IБ                                                                    (5.9)

В реальном транзисторе добавляются токи утечки и термотоки пе­реходов, поэтому обратный ток базы закрытого транзистора

                                          (5.10)

 Входные характеристики транзистора показаны на рис. 5-5. При обратном напряжении базы и коллектора, т. е. в закры­том транзисторе, согласно выражению (5.10), ток базы   является в основном собственным током коллекторного перехода . Поэтому при уменьшении обратного напряжения базы до нуля ток базы сохра­няет свою величину:   .

При подаче прямого напряжения на базу открывается эмиттерный переход и в цепи базы появляется рекомбинационная составляющая тока . Ток базы в этом режиме в соответствии с выражением ; при увеличении прямого напряжения он уменьшается вначале до нуля, а затем изменяет направление и возра­стает почти экспоненциально.

                Рис 5-5                                                                                        Рис 5-6

Когда на коллектор подано большое обратное напряжение, оно ока­зывает незначительное влияние на входные характеристики транзи­стора. Как видно из рис.  5-5, при увеличении обратного напряжения коллектора входная характеристика лишь слегка смещается вниз, что объясняется увеличением тока поверхностной проводимости коллек­торного перехода и термотока.

При напряжении коллектора, равном нулю, ток во входной цепи значительно возрастает по сравнению с рабочим режимом ,потому что прямой ток базы в данном случае проходит через два па­раллельно включенных перехода— коллекторный и эмиттерный. В целом уравнение (5.12) достаточно точно описывает входные харак­теристики транзистора в схеме с общим эмиттером, но для кремниевых транзисторов лучшее совпадение получается, если  .

Коэффициент передачи тока базы. Найдем зависимость тока кол­лектора от тока базы с помощью выражений:

        ,

или                  (5.12)

Величина                                     (5.13)

называется коэффициентом передачи тока базы. Поскольку коэффи­циент передачи тока эмиттера  близок к единице, значение  обычно лежит в пределах от 10 до 1000 и более.

Коэффициент передачи тока базы существенно зависит и от тока эмиттера (рис. 5-6). С ростом тока эмиттера коэффициент передачи тока базы вначале повышается вследствие увеличения напряженности внутреннего поля базы, ускоряющего перенос дырок через базу к кол­лектору и этим уменьшающего рекомбинационные потери на поверх­ности базы.

При значительной величине тока эмиттера коэффициент передачи тока базы  начинает падать за счет снижения коэффициента инжекции, уменьшения эффективной площади эмиттера и увеличения рекомбинационных потерь в объеме базы.

Перечисленные причины обусловливают, как указывалось, не­большую зависимость коэффициента передачи тока эмиттера а от тока эмиттера Iэ            (см. рис.5-3). Но коэффициент передачи тока базы  при изменении тока эмиттера может изменяться в несколько раз, поскольку в выражении  (5.13) в знаменателе стоит разность близких  величин .

Введя обозначение для коэффициента передачи тока базы  в вы­ражение (5.12), получим основное уравнение, определяющее связь между токами коллектора и базы в схеме с общим эмиттером:

                                                    (5.14)

Выходные характеристики. Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером  при   опреде­ляются соотношением (5.14)  и изображены на рис. 5-7. Минимально возможная величина  коллекторного тока  получается в том случае, когда закрыты оба перехода - и коллектора базы в этом случае согласно выражению (5.10)

                              (5.15)

  где - ток эмиттера закрытого транзистора.        Рис. 5-7

   Ток коллектора закрытого транзистора в соответствии с выраже­ниями (5.14)           и (5.15)

                                         (5.16)

Ввиду малости тока эта характеристика  не видна, она совпадает с осью напряжений.

При токе базы, равном нулю, что имеет место при небольшом пря­мом напряжении базы, когда рекомбинационная составляющая тока базы  равна обратному току коллекторного перехода . коллекторный ток в соответствии с выражением (5.14)

                                                                 (5.17)

С ростом коллекторного напряжения заметно увеличение этого то­ка вследствие увеличения коэффициента передачи тока базы .

При токе базы  выходная характеристика транзистора смещается вверх на величину . Соответственно выше идут характеристики при больших токах базы , и т. д. Ввиду зависимости коэффициента пе­редачи тока базы от тока эмиттера расстояние по вертикали между ха­рактеристиками не остается постоянным: вначале оно возрастает, а затем уменьшается.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8