Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (Основы электроники и микроэлектроники (книга)), страница 14

Характеристики, снятые без нагрузки, когда одна из величин поддерживается постоянной„называют статическими Совокупность характеристик, снятых при разных значениях этой постоянной величины, представляет собой семейство статических характеристик, 53 'ва 'ва !вг !м !в !н 15 ю го нб О Об !О Оаб В а б /. = /(//ка) при /, = сопз1. Рис. !.3!. Характеристики транзистора, включенного но скеме ОБ: а — выходные; б — входные Поскольку /. ж /„то выходной ток почти равен входному, так что схема ОБ практически не усиливает ток, а усиливает только напряжение и во столько же раз мощность сигнала.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ, представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения коллектор — база при постоянном токе эмиттера, поэтому их называют коллекторпыми (рис. 1.31,а): Для того чтобы график характеристик был универсальным для транзисторов типа р-а-р и н-р-а, напряжение по горизонтальной оси отложено без учета его полярности, по абсолютной величине. При 1, = О ток коллектора равен обратному току коллектор- ного перехода 1„ = 1„ы, поэтому выходная характеристика„ снятая при 1, = О представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики р-а перехода. Характеристики, снятые при постоянных значениях 1, )О располагаются тем выше, чем больше 1„причем они выходят не из начала координат.

Это объясняется тем, что при У«б = О на коллекторном переходе действует потенциальный барьер гро, создающий ускоряющее поле для не- основных носителей заряда, инжектированных в базу из эмиттера. Поэтому они переносятся электрическим полем из базы в коллектор и создают ток 1„, не равный нулю. Он тем больше, чем больше 1„прн котором снимается характеристика. Характеристики идут очень полого, т. е. ток коллектора почти не зависит от изменений напряжения коллектора. Это говорит о том, что выходное сопротивление в схеме ОБ очень велико: й,„„б = — при 1, = сопя( (сотни тысяч ом н более). «н«б — з) При увеличении коллекторного напряжения выше максимально допустимого возникает опасность электрического пробоя коллекторного перехода, который может перейти в тепловой пробой и вывести транзистор из строя.

Входные характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ, представляют собой зависимость тока эмиттера от напряжения эмиттер — база при постоянном напряжении коллектор— база; эти характеристики называют эмиттерными (рис. !.3),б): 1, =1((4б) при (4б = сопзй Прн отсутствии коллекторного напряжения (У„б — — О) включен только эмнттерный переход в прямом направлении и характеристика соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики р-и перехода. Этим объясняется очень малое входное сопротивление в схеме ОБ: Й,„б — — — при (4б — — сопз( (единицы и десятки ом).

.б При большем значении величины (4б входная характеристика немного сдвигается влево и вверх. Это происходит нз-за влияния обратного напряжения на коллекторном переходе на толщину базы. С увеличением У„„ т..е. (4б„ расширяется за счет базо- вой области коллекторный р-и переход и уменьшается толщина базы. Перепад концентрации инжектированных носителей заряда в базе увеличивается, возрастает процесс диффузии их от эмиттерного перехода, а следовательно, и ннжекцня из эмиттера. В результате становится больше ток 1, при том же значении (4б.

Статические характеристики транзистора в схеме ОЭ. В этой схеме входной ток — ток базы 1,, выходной — ток коллектора 1„входное напряжение создаегся между базой н эмиттером 1/б„а выходное — между коллектором и эмиттером У„,. !н !б,ннд зоо ю 2ОО юо Ю 2О ЗО Оан о а нор рис. !.32. Характеристики транзистора, включенного во схеме ОЭ: о — выходные; б — входные Поскольку ток коллектора гораздо больше тока базы, а создаваемое им напряжение на нагрузке Ю. в высокоомной выходной цепи значительно превышает напряжение во входной цепи, то, значит, схема ОЭ усиливает и ток, и напряжение н, следовательно, дает очень большое усиление мощности сигнала.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ, представляют собой зависимость тока коллектора от напряжения коллектор — эмиттер при постоянном токе базы. Как и для схемы ОБ, выходные характеристики в схеме ОЭ вЂ” это коллекторные характеристики (рис. !.32,а). 1„= 1(0„,) при 4 = сопз(. В этой схеме напряжение 14, — это прямое напряжение на эмиттерном переходе„а обратное напряжение на коллекторном переходе (4б определяется разностью 0 — Ц„.

Но поскольку У„, дь (4„можно приближенно считать, что (1«бв ж (1«ю Семейство коллекторных характеристик транзистора в схеме ОЭ отличается от коллекторных характеристик в схеме ОБ. Все характеристики выходят из начала координат, т. е. при (4, = О 61 ток 1„= О. Это объясняется тем, что прн (4, = О цепь коллектор — эмиттер закорочена; коллекторный переход подключен параллельно эмиттерному, и на нем тоже действует прямое напряжение, равное (/и, которое понижает потенциальный барьер. В результате основные носители заряда переходят из коллектора в базу и компенсируют поток таких же носителей заряда, переходящих в коллектор от эмиттера через базу, так что 1„= О. Начальная коллекторная характеристика, снятая при 4 = О, имеет вид, соответствующий обратной ветви вольт-амперной характеристики диода. Однако величина тока коллектора, являющегося начальным неуправляемым током 1.юь при этом в десятки раз превышает величину обратного тока коллекториого перехода.

Это объясняется тем, что ток коллектора 1„ = 1, — 1,, а при 4 = О 1„ = 1„ т. е. ток коллектора создается всем потоком инжектированных из эмиттера в базу и переходящих в коллектор носителей заряда. Но при 1, = О на эмиттерном переходе еще существует потенциальный барьер, а инжекция носителей заряда в базу невелика.

Поэтому ток эмиттера и равный ему ток коллектора 1мм невелики, но созданный потоком основных носителей заряда из эмиттера 1мм значительно превышает обратный ток коллекторного перехода, создаваемый неосновными носителями при отсутствии инжекции из эмиттера, т. е. при 1, = О. Чем больше значение тока 4, при котором снимается коллекторная характеристика, тем выше она располагается, так как для увеличения тока 1, необходима более интенсивная инжекция в базу неосновных носителей заряда, чтобы осуществлялась более интенсивная рекомбинация их с основными носителями заряда в базе. Это соответствует большему значению тока эмиттера, а следовательно, и тока коллектора. Начальный круто восходящий участок каждой характеристики является нерабочим.

Это участок малого напряжения 1/„„ изменяющегося в пределах от О до 0,5 — 1,5 В. При малых значениях (/.„соизмеримых с величиной (/ь, следует учитывать, что напряжение (/„, равно сумме напряжений на коллекторном (/., и эмиттерном Ц~-, переходах. Отсюда напряжение на коллекторном переходе (/„б = 1/„, †(4,. При (/„, ( (4, из меньшего вычитается большее, т. е.

знак (/ы меняется на противоположный. А это означает, что если в рабочем режиме полярность (/.~ соответствует обратному напряжению на коллекторном переходе, то при 1/„, «(4, она соответствует прямому напряжению. Наибольшее значение прямого напряжения (4в иа коллекторном переходе получается при 1/„, = О, когда (/м = (4,. По мере роста 0„, это прямое напряжение уменьшается и становится равным нулю при (/„, = (/м. Прямое напряжение на коллекторном переходе препятствует прохождению через него нз базы в коллектор неосновных носителей заряда, которые инжектируются в базу из эмиттера. Поэтому уменьшение прямого напряжения на коллекторном переходе приводит к увеличению экстракции этих носителей из базы в коллектор, а это в свою очередь вызывает резкое возрастание тока коллектора.

При (/„, ) (/г„ полярность (/.б изменяется на обратную для коллекторного перехода. Изменение напряжения 0„, на этом участке характеристик мало влияет на величину тока коллектора; рабочий участок характеристики идет полого, но круче, чем в схеме ОБ. Следовательно, выходное сопротивление в схеме ОЭ велико, но меньше, чем в схеме ОБ: /г„„., = †"' при 4 = сопз1 (десятки килоом). ди„, л/„ Увеличение коллекторного напряжения выше максимально допустимого приводит к пробою коллекторного перехода.

Входные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ, — это базовые характеристики (рис. 1.32, б), представляющие собой зависимость тока базы от напряжения база — эмиттер при постоянном напряжении коллектор — эмиттер: 1.=1((4,) прн (4,=со 1. При (/„, = О характеристика имеет вид прямой ветви вольтамперной характеристики диода. С увеличением постоянного напряжения (/„„ при котором снимается характеристика, она немного сдвигается вправо.

Это объясняется тем, что увеличение обратного напряжения приводит к расширению коллекторного перехода за счет базы, уменьшению толщины базы и числа рекомбинаций в ней, а значит, и тока базы при том же значении напряжения (4,. Входные характеристики, как и прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода, начинаются не из начала координат, а при некотором значении напряжения базы, называемом поровои.... Входное сопротивление в схеме ОЭ не очень мало; оно гораздо больше, чем' в схеме ОБ: при 0„, = сопз( (сотни и тысячи ом). л/, Кроме рассмотренных семейств характеристик для практических расчетов представляют интерес еще две характеристики: проходная и прямой передачи. Проходная характеристика — это зависимость выходного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении. Для схемы ОЭ это зависимость тока коллектора от напряжения 63 )н )н зо нс зо зо ю ю Рис. 1.34.