Выходные характеристики.

Рис.3.8

Выходные характеристики – это I_k =f(U_kБ) при I_э=const.

I_k=α I_э- I_k0(exp xU_kБ – 1)

Пори обратном напряжении на коллекторе характеристики имеют очень малый наклон, что говорит о высоком выходном сопротивлении транзистора в схеме с общей базой.

При подаче на коллектор прямого напряжения происходит инжекция из коллектора в базу. Этот ток является встречным по отношению к току инжекции эмиттера, результирующий ток резко падает до нуля, а при дальнейшем увеличении прямого напряжения, будет расти, изменяя напряжение.

Если входной ток I_э изменяется на величину ΔI_э= I_э"- I_э' , то при этом изменения выходного тока ΔI_э = α(I_э"- I_э')

Коэффициент передачи тока эмиттера.

Коэффициент передачи тока эмиттера зависит от величины тока эмиттера

α =γνM γ и ν зависят от тока эмиттера.

В схеме с общим эмиттером М больше зависит

С ростом тока эмиттера в соответствии с выражением (3.13) увеличивается напряженность поля базы, движение дырок к коллектору становится более направленным. В результате уменьшаются рекомбинационные потери на поверхности базы возрастает коэффициент переноса ν, а следовательно и α. При дальнейшем увеличении тока коллектора, снижается коэффициент инжекции и растут потери на объемную рекомбинацию. Поэтому α начинает уменьшаться. Зависимость α от I_э в маломощных транзисторах незначительна В мощных транзисторах, работающих при больших плотностях тока, наблюдается дополнительное падение напряжения вдоль базы, обусловленное током базы. Поэтому напряжение в точках эмиттерного перехода, удаленных от вывода базы будет меньше, чем вблизи вывода. Поэтому эмиттерный ток концентрируется по периметру эмиттера, ближе к выводу базы. Эффективная площадь эмиттера получается меньше, чем при равномерной инжекции и коэффициент α быстро растет с ростом тока эмиттера. Для уменьшения этого явления применяют электроды, имеющие высокое отношение длины периметра к площади, т. е. кольцевые и гребенчатые.

Схема с общим эмиттером.

Входным напряжением в схеме с общим эмиттером является напряжение U_Бэ относительно эмиттера.

В транзисторе p-n-p , чтобы эмиттерный переход был открыт, минус подключается к базе относительно эмиттера, чтобы коллекторный переход был закрыт |U_kэ|>|U_Бэ| - должно быть минусом к коллектору.

38. Входные характеристики

Это зависимость I_Б=f(U_Бэ)|_Ukэ=const.

Зависимость тока базы от напряжений эмиттера и коллектора найдем из уравнений (3.30) и (3.47) Вычтем второе уравнение из первого и введя обозначения

I₃₁=I₁₁-I₂₁=(1-α)I₁₁ (3.54)

I₃₂=I₁₂-I₂₂=(1-α)I₁₂- I_n0 (3.55)

кроме того, будем считать, что

U_эБ = -U_Бэ и U_kБ=U_nэ-U_Бэ

I_Б=I₃₁(exp xU_Бэ –1)- I₃₂(exp xU_kэ-1) (3.56)

При большом обратном напряжении U_kэ exp xU_kэ<<1 и ток базы

I_Б= (1-α) I₁₁(exp xU_kэ-1)+( 1-α) I₁₂- I_k0 (3.57)

Если напряжение U_Бэ также обратное (т.е. U_Бэ<<1), то ток базы идеального транзистора в режиме отсечки (полностью закрытого) равен:

I_{Б ОТС} = - (1-α)( I₁₁- I₁₂) - I_k0 I_k0 (3.58)

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

I_БэU=(1-α) I_эБU - I_kБ0 I_kБ0 (3.59)

Характеристики имеют вид:

При подаче прямого напряжения на базу открывается эмиттерный переход, появляется рекобинационная составляющая тока (1-α) I_э и ток базы в этом режиме в соответствии с выражением (3.49)

I_Б=(1-α) I_э - I_kБ0

При увеличении прямого напряжения он уменьшается до нуля, изменяет направление и экспоненциально растет.

Коллекторное напряжение незначительно влияет на входные характеристики.

При напряжении, равном нулю, ток во входной цепи возрастает по сравнению с рабочим режимом, так как ток базы в этом случае проходит через два параллельно включенных перехода: коллекторный и эмиттерный.

Уравнение (3.56) достаточно точно описывает входные характеристики германиевых транзисторов. Входные характеристики кремниевых транзисторов смещены вправо на 0,4-0,5 В.

Коэффициент передачи тока базы.

Найдем зависимость тока коллектора от тока базы с помощью выражений (3.45) и (3.48)

I_k = α I_э+ I_nБ0 = α(I_n + I_Б) + I_kБ0

(3.60)

(3.61)

Величина β называется коэффициентом передачи тока базы.

β имеет порядок 10÷1000 и более.

β (h_21Б) – коэффициент передачи тока базы в схеме с общим эмиттером.

Подставив выражение (3.61) в выражение (3.39), получим

(3.62)

Коэффициент передачи тока базы β сильно зависит от напряжения на коллекторе, т.к. с изменением U_kБ сильно изменяются ν и М.

β - также сильно зависит от тока эмиттера.

С ростом тока эмиттера I_э , β сначала растет из-за увеличения напряженности внутреннего поля базы, ускоряющего перенос дырок через базу к коллектору. При этом уменьшаются рекоббинационные потери на поверхности базы.

Рис.3.12.

При большом токе эмиттера β падает за счет снижения коэффициента инжекции, уменьшения эффективной площади эмиттера и увеличения рекомбинационных потерь в объеме базы.

Коэффициент α слабо зависит от I_э, а β – значительно, так как в знаменателе (3.61) стоят близкие величины 1-α.

Введя β в выражение (3.60), получим основное уравнение для связи тока коллектора I_k и тока базы I_Б

I_k = β I_Б +(β+1) I_kБ0 (3.63)

Зависимость тока коллектора от U_Б и U_k найдем из выражения (3.47), заменив в нем U_эБ на -U_Бэ и U_kБ на (U_kэ - U_Бэ)

I_k = I₂₁(ехрх U_Бэ – 1 )- I₂₂(ехрх(U_kэ - U_Бэ) – 1) (3.64)

Уравнения (3.63) и (3.64), а также (3.49) и (3.64) являются одновременно для транзисторов в схеме с общим эмиттером (ОЭ).