2.2. Характеристики и параметры

БИПОЛЯРНЫХ ТРПНЗИСТОРОВ

Зависимости между токами и напряжениями в транзисторах выражаются статическими характеристиками транзисторов, снятыми при постоянном токе и отсутствии нагрузки в выходной цепи. Характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзисторов и для практических расчетов транзисторных схем.

В транзисторах взаимно связаны всегда четыре величины: i_i, i₂, U_i, U₂ — входные и выходные токи и напряжения. Одним семейством характеристик эту зависимость показать нельзя. Необходимо два семейства. Наиболее удобно рассматривать семейство входных характеристик i₁=/(U_i) вместе с семейством выходных характеристик i₂=f(U₂₎-

Для каждой из трех схем включения транзистора существует свое семейство характеристик. Пользуясь характеристиками, надо обращать внимание на то, к какой схеме они относятся. Мы рассмотрим основные характеристики для наиболее распространенных схем — с об­щим эмиттером и с общей базой. Эти характеристики приводятся в справоч­никах.

Поскольку напряжения и токи транзисторов типа п—р—п и р—п—р имеют разные знаки, то иногда характеристики строят с учетом этого, т. е. отрицательные значения напряжения и тока откладываются на осях влево и вниз. Однако удобнее их откладывать вправо и вверх в любом случае. Именно так строятся приводимые далее характеристики. А полярность напряжений на транзисторе и направление токов в его цепях всегда определяются соответственно типу транзистора независимо от того, как изображены его характеристики.

Входные и выходные характеристики транзистора аналогичны характеристикам полупроводникового диода. Действительно, входные характеристики относятся к эмиттерному переходу, который работает при прямом напряжении. Поэтому они аналогичны характеристике для прямого тока диода. Выходные характеристики подобны характеристике для обратного тока диода, так как отображают свойства коллекторного! перехода, работающего при o6paтном напряжении.

Рассмотрим прежде всего характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ.

На рис. 2.8а даны входные характеристики 1_б = f(Uб-э) при постоянных выходных напряжениях (Uк-э == const).. Характеристика при Uк-э = 0 идет из начала координат, так как, если все напряжения равны нулю, нет никакого тока.

Из схемы рис. 2.8б видно, что при Uк-э = О т.е. когда коллектор и эмиттер замкнуты накоротко, к обоим переходам приложено прямое напряжение Uб-э^;. Ток базы при этом является суммой прямых токов эмиттерного и коллекторного переходов, но получается большим, так как прямое напряжение эмиттерного перехода составляет лишь десятые доли вольта (сотни милливольт), а поперечное сопротивление базы - сотни ом.

Рис. 2.8. Входные характеристики транзистора при включении его по схеме ОЭ

В транзисторах небольшой мощности ток базы составляет десятки или сотни микроампер. Рассматриваемая характеристика подобна обычной характеристике для прямого тока полупроводникового диода. При U_к-э> 0 характеристика сдвигается вправо, ток базы уменьшается и при малых U_б-э становится отрицательным. Это объясняет рис. 2.8, в, на котором показана схема ОЭ при Uб-э = 0, т. е. при отсутствии источника Е₁. В этом случае источник Е₂ кроме начального тока эмиттера создает еще в цепи базы ток обратного по сравнению с обычным током базы направления. Оба этих тока, складываясь, образуют начальный ток коллектора. Следует отметить, что ток i_б._обр создает на сопротивлении базы небольшое падение напряжения, которое является прямым для эмиттерного перехода и несколько увеличивает начальный ток эмиттера i'_э-_k. Если теперь включить источник Ё₁ и постепенно увеличивать его напряжение, то он будет действовать в цепи базы навстречу источнику Е₂. Ток i_б._обр уменьшится и при некотором значении Uб-э (когда действие источников в цепи базы уравновесится) станет равным нулю. При дальнейшем увеличении Uб-э будет возрастать положительный ток базы, составляющий, как обычно, часть тока эмиттера.

Уменьшение тока базы при повышении Uк-э происходит еще и вследствие явления модуляции толщины базы. Чем выше Uк.э, тем больше напряжение на коллекторном переходе Uк-б- Толщина этого перехода увеличивается, а толщина базы уменьшается, и тогда в базе рекомбинирует меньше носителей, движущихся от эмиттера к коллектору. Следовательно, несколько возрастает ток i_k и уменьшается ток i_б. Однако изменение Uк-э (например, с 1 до 10 В, как показано на рис. 2.8а) мало влияет на ток базы. Входные характеристики при разных значениях Uк.э расположены очень близко друг к другу. В справочниках обычно приводится лишь одна входная характеристика для рекомендуемого значения Uк. Иногда дается и характеристика при Uк.э = 0.

Семейство выходных характеристик i_к=f(Uк-э) показано на рис. 2.9а. Как правило, эти характеристики даются при различных постоянных токах базы. Это объясняется тем, что вследствие сравнительно малого входного сопротивления транзистора источник входного переменного напряжения, имеющий часто большое внутреннее сопротивление, работает в режиме генератора тока. Таким образом, обычно бывает задан входной ток транзистора и удобно вести расчеты с помощью семейства выходных характеристик, связывающих выходной ток и напряжение с входным током. Первая характеристика при i_б == О выходит из начала координат и весьма напоминает обычную характеристику для обратного тока полупроводникового диода. Условие i_б= 0 соответствует разомкнутой цепи базы. При этом через весь транзистор от эмиттера к коллектору проходит известный нам сквозной ток i_к-эо.

Увеличение тока базы означает, что за счет повышения напряжения Uб.э соответственно увеличился ток эмиттера, частью которого является ток бызы. Следовательно, пропорционально возрастает и ток коллектора. Благодаря линейной зависимости между токами пологие участки соседних выходных характеристик расположены приблизительно на одинаковых расстояниях друг от друга. Однако в некоторых транзисторах эта линейность несколько нарушается.

Выходные характеристики показывают, что при увеличении Uк.э от нуля до небольших значений (десятые доли вольта) ток коллектора резко возрастает, а при дальнейшем увеличении Uк-э характеристики идут с небольшим подъемом, что означает сравнительно малое влияние Uк-э на ток коллектора. Действительно, чтобы увеличить ток коллектора надо увеличить ток эмиттера. Но все же при повышении Uк-э происходит следующее. Вследствие уменьшения- толщины базы уменьшается ток базы, а так как характеристики снимаются при условии i_б= const. то для поддержания прежнего значения тока базы приходится увеличивать напряжение Uб.э. За счет этого несколько возрастает i_э а следовательно, и ток коллектора. При увеличении напряжения Uк.э увеличивается и та его часть, которая приложена в виде прямого напряжения к эмиттерному переходу. В результате этого также возрастают токи i_э и i_к.

Характеристики на рис. 2.9 показывают, что чем больше токи i_к, тем раньше, т. е. при меньших значениях Uи,.э, наступает электрический пробой. Область пробоя, как правило, нерабочая область транзистора, за исключением некоторых специальных типов.

Рис.2.9 Выходные характеристики транзистора при

включении его схеме ОЭ