2.1.8 Статические вольт-амперные характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

В отличие от диода БТ имеет три вывода, которые при включении в схему вместе с другими элементами образуют входную и выходную цепи. Поэтому для БТ снимают входные и выходные ВАХ.

В схеме с ОЭ входными величинами БТ являются напряжение база-эмиттер и ток базы , выходными величинами – напряжение коллектор-эмиттер и ток коллектора .

Входные ВАХ устанавливают взаимосвязь между входными величинами в виде . Для измерения характеристик используется схема на рис. 2.7.

Рисунок 2.7 – Схема для исследования ВАХ транзистора

С помощью источников ИП1 и ИП2 устанавливают ток базы и напряжение . Вольтметр PV служит для измерения напряжений в точках схемы. Значение тока базы рассчитывается по формуле .

Снимают две характеристики при и . Первая соответствует режиму насыщения, вторая – активному режиму БТ. Характеристики представлены на рис. 2.8, а.

Входная ВАХ для режима насыщения идет круче, так как проводимость базовой области за счет высокой концентрации электронов, инжектированных из эмиттера, существенно выше, чем в активном режиме.

Выходные характеристики устанавливают взаимосвязь между выходными величинами БТ в виде . Для измерения тока коллектора дополнительно используют резистор . Ток коллектора рассчитывается по результатам измерения напряжений: . Измерения ВАХ проводят последовательно для нескольких значений тока базы. ВАХ представлены на рис. 2.8, б.

а)	б)
Рисунок 2.8 – Входные (а) и выходные (б) ВАХ транзистора

Выходные характеристики имеют крутой и пологий участки. Крутой участок соответствует режиму насыщения, пологий – активному режиму. Наклон характеристик на пологом участке определяется двумя эффектами.

Первый эффект. Часть напряжения прикладывается к переходу база-эмиттер в прямом направлении. При увеличении этого напряжения переход дополнительно приоткрывается, что ведет к увеличению тока базы и тока коллектора.

Второй эффект носит название эффекта модуляции толщины базы. Переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Его обедненный слой частично сосредоточен в базовой области БТ. Это ведет к уменьшению эффективной толщины базы БТ. При увеличении напряжения толщина обедненного слоя возрастает, что ведет к еще большему уменьшению эффективной толщины базы, увеличению коэффициента усиления В и увеличению тока коллектора.

2.1.9 Малосигнальная физическая модель биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Модель БТ представляет собой электрическую схему, составленную из простых линейных компонентов, которая может быть использована взамен БТ при выполнении расчетов или анализа схем.

Для активного режима, как главного с точки зрения применения, разработаны малосигнальные модели, рассчитанные на применение в случаях, когда изменения напряжений и токов в БТ представляют собой малые приращения на фоне постоянных значений, определяющих так называемую рабочую точку. На практике малосигнальные модели применяют для переменных сигналов во всем динамическом диапазоне их значений. В физических моделях каждый компонент отражает определенный физический процесс в БТ.

Малосигнальная физическая модель БТ для схемы с ОЭ представлена на рис. 2.9, а.

а)	б)
Рисунок 2.9 – Малосигнальная физическая модель БТ для схемы с ОЭ

Модель содержит три типа компонентов, параметры которых являются малосигнальными физическими параметрами БТ и определяются следующим образом.

1) Параметры зависимых источников напряжения (моделирует влияние изменения напряжения на изменение напряжения ) и тока (моделирует усилительные свойства БТ):

- - коэффициент внутренней обратной связи по напряжению;

- - малосигнальный коэффициент усиления тока в схеме с ОЭ.

2) Резистивные:

- Ом - объемное сопротивление базовой области;

- - дифференциальное сопротивление открытого эмиттерного перехода;

- - дифференциальное сопротивление закрытого коллекторного перехода в схеме с ОЭ.

3) Емкостные:

- - эквивалентная емкость коллекторного перехода в схеме с ОЭ. пФ – барьерная емкость закрытого коллекторного перехода.

В некоторых случаях, например, когда анализ схемы с БТ производится в области низких частот и сопротивления резисторов в схеме имеют относительно небольшие значения, влиянием части компонентов в полной модели БТ на рис. 2.9, а пренебрегают. Применяют упрощенную малосигнальную модель на рис. 2.9, б.