7.5. Статические характеристики биполярного транзистора

Различают четыре типа статических характеристик транзистора.

1. Входные характеристики. Зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе, Iвх = f(Uвх)|_{Uвых=const}.

2. Выходные характеристики. Зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном токе входа, Iвых = f(Uвых)|_Iвх=const.

3. Передаточная характеристика. Зависимость тока выхода от тока входа при постоянном напряжении выхода, Iвых=f(Iвх)|_{Uвых=const}.

4. Характеристики обратной связи. Зависимость входного напряжения от напряжения выхода при постоянном токе входа, Uвх = f(Uвых)|_Iвх=const.

7.5.1. Схема с общей базой

Входная характеристика.

Для включения транзистора в схеме с ОБ (рисунок 7.27):

Iвх = I_Е; Iвых = I_С; Uвх = U_ЕВ; Uвых = U_СВ.

Рисунок 7.27 - Схема включения

транзистора с общей базой

Рисунок 7.28 - Входные характеристики транзистора в схеме ОБ; - - - – диод с полубесконесчной базой

При нулевом смещении коллектора (базовый и коллекторный выходы замкнуты) входная характеристика аналогична p-n переходу с ограниченной базой со скоростью рекомбинации . В прямом смещении практически весь ток эмиттера протекает через коллектор. Встроенное поле коллекторного p-n перехода экстрагирует дошедшие до коллектора носители. При этом сопротивление прямосмещенного эмиттера (прямое падение напряжения) будет меньше, чем у диода с полубесконечной базой (штриховая линия на рисунке 7.28). В обратном смещении будет протекать генерационный ток эмиттерного p-n перехода . При напряжении лавинного пробоя обратный ток резко возрастает. При приложении обратного смещения к коллекторному переходу ОПЗ уменьшает толщину базы (рисунок 7.27) (эффект Эрли) и увеличивает ток эмиттера (градиент концентрации в базе) при постоянном напряжении . При = 0 (электроды эмиттера и базы закорочены) ток эмиттера . Природа этого тока связана с экстракцией термогенерированных неосновных носителей заряда базы полем обратно смещенного коллектора ( , рисунок 7.27). В результате эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Этому же способствует прямое смещение за счет падения напряжения на сопротивлении при протекании неуправляемого тока (рисунок 7.27). Для компенсации этого тока необходимо подать обратное смещение . При дальнейшем увеличении обратного смещения эмиттера будет протекать обратный ток . Входное сопротивление транзистора в схеме ОБ,

, (7.49)

имеет малую величину (единицы Ом) и уменьшается с ростом тока эмиттера.

Выходная характеристика. Это зависимость . При , в коллекторной цепи протекает неуправляемый генерационный ток изолированного коллекторного перехода. Зависимость от напряжения определяется типом перехода (резкий, плавный) (5.74). При достижении напряжения лавинного пробоя ток резко возрастает (рисунок 7.28) . Зададим прямой ток эмиттера . Тогда при , в цепи коллектора будет протекать ток . Этот ток поддерживается в коллекторе встроенным полем контактной разности потенциалов .

Увеличение напряжения приводит к незначительному росту из-за уменьшения физической толщины базы и связанным с этим увеличением коэффициента передачи тока эмиттера . Для того, чтобы ток уменьшить до нуля, необходимо изменить направление смещения коллектора, а именно, подать на коллектор прямое смещение. При некотором напряжении встречный прямой ток коллектора (инжекционный) полностью компенсирует прямой ток коллектирования . В режиме прямого смещения коллекторного и эмиттерного переходов, который носит название режима насыщения, внешний ток коллектора определяется алгебраической суммой тока коллектирования и тока инжекции,

.

При больших токах предельное напряжение ограничивается тепловым пробоем

, (7.50)

где – максимальная мощность рассеяния, которая зависит от конструкции и окружающей температуры,

.

I_CB0

Рисунок 7.29 - Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой

Рисунок 7.30 - Зависимость дифференциального сопротивления коллектора в схеме ОБ от тока и напряжения коллектора

Дифференциальное сопротивление коллектора уменьшается с ростом тока коллектора и увеличивается с увеличением напряжения (рисунок 7.30).

,

где n = 2 , для ступенчатых переходов; n = 3, для плавного перехода. Для маломощных транзисторов r_C находится в диапазоне (10⁷-10⁴) Ом. На выходных характеристиках транзистора можно выделить три области (рисунок 7.29). Область I соответствует активному или усилительному режиму: ; ; . Область II соответствует режиму открытого импульсного ключа – режиму насыщения: ; ; . Область III соответствует режиму закрытого импульсного ключа – режиму отсечки: ; ; .

Передаточная характеристика. В схеме с ОБ это зависимость . Линейный участок определяется зависимостью (рисунок 7.31).

Рисунок 7.31 – Передаточная

характеристика транзистора в схеме с ОБ

Рисунок 7.32 - Изменение избыточной концентрации в базе (а) и входного напряжения от напряжения на выходе (б)

Характеристики обратной связи. Зависимость .

При увеличении коллекторного напряжения напряжение на эмиттере уменьшается (рисунок 7.32, б) при постоянном входном токе эмиттера. Такое поведение объясняется уменьшением концентрации дырок в плоскости эмиттерного p-n перехода (рисунок 7.32,а). Сужение физической толщины базы при постоянном токе эмиттера (постоянный градиент ) приводит к уменьшению концентрации p(0).

; ; ; .