1.3. Схемы включения биполярного транзистора

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК) (рис. 1.4. а, б, в).

1.4. Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на р-n-переходах различают следующие области (режимы) работы транзистора:

активный режим — напряжение на эмиттерном переходе прямое, а на коллекторном - обратное. Такой режим используется при работе транзистора в усилителях или генераторах. В таком режиме - Iвых=Кi_вх, К – коэффициент передачи тока;

режим отсечки — на обоих переходах обратные напряжения (транзистор заперт). Через транзистор протекает малый тепловой ток коллекторного перехода I_К=i_к0. Такой режим используется в ключевых схемах на транзисторах и соответствует разомкнутому состоянию ключа;

режим насыщения - на обоих переходах прямые напряжения (транзистор открыт) Через транзистор протекает максимальный ток, ограниченный сопротивлением коллекторной цепи – ток коллектора насыщения I_Кнас=Е_к/R_к. Такой режим используется в ключевых схемах на транзисторах и соответствует замкнутому состоянию ключа;

инверсный режим — напряжение на эмиттерном переходе обратное, а на коллекторном - прямое. Входным током можно считать ток коллектора, а выходным – ток эмиттера. Однако коэффициент передачи в таком режиме мал, а потому в усилительных схемах такой режим не применяется. Инверсное включение применяют в схемах двунаправленных переключателей, использующих симметричные транзисторы, в которых обе крайние области имеют одинаковые свойства.

1.5. Вольтамперные характеристики (вах) биполярного транзистора

ВАХ представляют собой зависимости токов транзистора от напряжения на его выводах. График ВАХ необходимы для графического расчета режима работы транзистора и определения его параметров. Наибольший интерес представляют входные ВАХ – это зависимость входного тока I₁ от входного напряжения U₁ при постоянстве выходного напряжения U₂, т.е. I₁=f(U₁)|_U2=const, и выходные ВАХ – это зависимость выходного тока I₂ от выходного напряжения U₂ при постоянстве входного тока I₁, т.е. I₂=f(U₂)|_I1=const. Рассмотрим эти характеристики для n-p-n – транзистора, для двух схем включения - с ОБ и ОЭ.

Вольтамперные характеристики транзистора в схеме с об

Входные ВАХ транзистора, включенного по схеме с ОБ это I_э=f(U_эб)|_Uкб=const.При U_КБ = 0 и U_ЭБ > 0 характеристика имеет вид обычной ВАХ p - n – перехода смещенного в прямом направлении. При подаче запирающего напряжения на коллектор ( ), входные характеристики, незначительно смещаются влево, это обусловлено эффектом модуляции ширины базы и состоит в том, что толщина базы w уменьшается, что ведет к росту тока эмиттера- .

3 . При U_ЭБ  0, I_б=I_к0. Этот ток мал и на ВАХ его не показывают.

3. При U_ЭБ  0, I_б=I_к0. Этот ток мал и на ВАХ его не показывают.

Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме с ОБ – это зависимость I_к=f(U_кб)|_Iэ=const. Ток коллектора связан с движением неосновных носителями заряда.

При смещении КП в обратном направлении:

1. Если , то Iк=Iко, что соответствует обычной характеристики р-n-перехода, включенного в обратном направлении и соответствует режиму отсечки в работе транзистора.

2. При U_кб >0, - это линейный (активный) режим работы транзистора.

3. При U_кбU_{кб max} наблюдается резкое возрастание коллекторного тока т.е.-пробой транзистора. Возможно два вида пробоя: лавинный – за счет ударной ионизация носителей заряда, и прокол базы – за счет смыкания коллекторного и эмиттерного переходов.

4. При коллекторный переход смещён в прямом направлении, а ток обусловленный неосновными носителями заряда стремиться к нулю.

При работе транзистора в активном режиме необходимо учитывать наклон выходных ВАХ связанный с модуляцией толщины базы. Для учета этого эффекта, в выражение для I_к=I_э+I_к0, вводят дополнительное слагаемое

I_к=I_э+I_к0+U_кб/r_{к диф},

где r_{к диф} =U_кб/I_к|_Iэ=const – дифференциальное сопротивление запертого коллекторного перехода в схеме с ОБ.

Усилительным параметром транзистора, включенного по схеме с общей базой, является - коэффициент передачи тока эмиттера . Различают три вида параметров :

1. Статический - , где - абсолютные значения.

2. Дифференциальный - α_ДИФ = ₀ = I_Э/I_К_{Uкб = const}. Практически в активном режиме α_ДИФ=α. Поэтому в дальнейшем дифференциальный коэффициент передачи эмиттерного тока также будем обозначать α.

3. Динамический - , где - комплексные амплитуды. Это комплексный коэффициент передачи, зависящий от частоты; ; - постоянная времени транзистора; D – коэффициент диффузии. Амплитудно и фазо- частотные характеристики (j) имеют вид: , _()= - arctg(_).

С ростом частоты передаточные свойства биполярного транзистора ухудшаются, появляется фазовый сдвиг между выходным и входным сигналами.