2. Основные семейства характеристик транзистора

Характеристики транзистора определяются соотношениями между токами, проходящими в цепях транзистора, и напряжениями на его электродах. В теории транзисторов за независимые переменные принимаются напряжения на электродах, а функциями являются входной и выходной токи. При построении статических характеристик одна из независимых переменных считается постоянной.

Основные семейства характеристик транзистора:

1. Входная характеристика: Iвх = f(Uвx) при Uвых = соnst.

2. Выходная характеристика: Iвых = f(Uвых) при Iвых = соnst.

7

Производные семейства характеристик транзистора:

3. Характеристика передачи по току:

Iвых =f(Iвх) при Uвых = соnst.

(может быть построена из выходных характеристик).

4.Характеристика обратной связи по напряжению:

Uвх = f(Uвых) при Iвх = соnst.

( может быть построена из входных характеристик).

Рассмотрим характеристики для схемы включения транзистора с ОБ. Начнем с выходных характеристик Iвых = f(Uвых) при Iвых = const. Для схемы включения с общей базой семейство выходных характеристик имеет вид:

Iкб = f(Uкб) при Iэ=const.

Пусть Iэ = 0, т.е. при нулевом управляющем токе транзистор должен быть закрыт и Iвых должен отсутствовать. В реальной схеме включения, когда Uбэ = 0 и Uкб ≠ 0 , через коллекторный переход, к которому непосредственно в обратном направлении приложено напряжение Uкб, протекает ток неосновных носителей (единицы-десятки микроампер) Iко — ток закрытого транзистора (или обратный ток коллектора в справочнике по транзисторам). При наличии тока в цепи эмиттера:(Iэ ≠ 0) доля коллекторного тока за счет инжектированных и дошедших до коллектора носителей возрастет . И ток коллектора определится так:

Iк = αIэ +Iко,

где α = Ki — коэффициент передачи тока, Ki = Iвых/Iвx, а Iко — ток закрытого транзистора. Чем больше Iэ - входной ток, тем больше выходной ток Iк. При Uкб = 0 и Iэ ≠ 0 коллекторный ток имеет существенное значение Iэ = αIэ. При дальнейшем возрастании Uкб, ток Iк возрастает незначительно (на величину Iко), т.е. влияние ускоряющего поля коллектора на ток коллектора невелико. Чтобы прекратить ток в цепи коллектора, на него необходимо подать напряжение обратного знака (прямое). Навстречу току электронов из эмиттера пойдет ток открывшегося коллекторного

8

Iк, mA

Iб''

∆Iк

Iб'

Uэк, В

∆Uэк

Рис . 4.3. Выходные характеристики.

Если функциональная зависимость меду токами и напряжениями в транзисторе задана в виде:

U1= f(I1; I2) и U2= f(I1: I2), то получим систему Z-параметров.

Если функциональная зависимость между токами и напряжениями транзистора задана в виде:

U1= f(I1; U2) и I2= f(I1: U2), то получим систему h-параметров, представляющую из себя смешанную систему hibrid. В этом случае:

∆U1 ∆U1

∆I1 ∆U2

d U1 = dI1 + dU2

∆I2 ∆I2

∆I1 ∆ U2

d I2 = dI1 + dU2

17

Iб, mA

Uкэ'

Uкэ''

∆Iб

Uбэ

∆ Uбэ

Рис.4.2. Входные характеристики.

По выходному семейству определяются параметры h21 и h22 (см. рис . 4.3.):

При рассмотрении функциональной связи между четырьмя переменны ми U1, I1, U2, I2 возможны шесть вариантов выбора независимых и зависимых переменных. Если функциональная зависимость между токами и напряжениями транзистора задана в виде:

I1=f(U1; U2) и I₂=f(U1;U2), то имеем систему Y-параметров:

∆I1 ∆I1

∆U1 ∆U2

d I1 = dU1 + dU2

∆I2 ∆I2

∆U1 ∆ U2

d I2 = dU1 + dU2

16

перехода по причине чего результирующий ток уменьшится. В точке пересечения выходной характеристики с горизонтальной осью оба встречных тока равны, и результирующий ток равен нулю. Вид выходных характеристик для схемы включения транзистора с ОБ изображён снизу на графике (см. рис 2.1.).

Iк, mA

Iэ=2

Iэ=1

Iэ=0

0,2 0,1 0 4 8 12 16 20 Uкб

Рис.2.1. Выходные характеристики для схемы включения с ОБ.

Рассмотрим входные характеристики Iэ = f(Uэб) при Uкб = const. Пусть Uкб = 0, т.е. исключаем влияние коллекторного поля на входной ток. При изменении Uбэ от 0 до Umax ток Iэ будет изменяться как прямой ток через р-п - переход, и вид входной характеристики — прямая ветвь характеристики р-п перехода. Если Uкб ≠ 0, то влияние ускоряющего поля коллектора на движение инжектированных из эмиттера носителей (αIэ) очень мало, и ток эмиттера возрастает незначительно. Поэтому входные характеристики имеет следующий вид (см. рис.2.2.):

Iэ, mA

Uкб > 0

Uкб = 0

Uэб, V

Рис.2.2. Входные характеристики для схемы включения с ОБ.

9

Если эмиттерный переход включить в обратном направлении, а коллекторный переход включить в прямом направлении, то такое включение транзистора называется инверсным. Тогда коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер — роль коллектора. Величина тока эмиттера в этом режиме зависит от величины тока коллектора. Но вследствие несимметричности конструкции (площадь эмиттера ≠ площади коллектора), коэффициент передачи тока при инверсном включении обычно значительно меньше, чем при прямом.

Iк, mA Uкб=20

Uкб=10

Uкб=0

Iэ, mA

Рис.2.3.Характеристики передачи по току для схемы включения с ОБ.

Характеристики передачи по току для схемы включения с ОБ (см. рис.2.3.) близки по своему виду к прямым и проходят, практически, через начало координат. Ток коллектора всего на 5…10% меньше Iэ. Это говорит о том, что потери неосновных носителей из-за рекомбинации в базе, а также дырочная компонента тока эмиттера (для транзистора п-р-п - типа) незначительны. Тангенс угла наклона характеристики передачи равен коэффициенту передачи тока α = dIк/dIэ. С ростом тока эмиттера коэффициент незначительно уменьшается, что объясняется возрастанием скорости рекомбинации при увеличении объемного заряда неосновных носителей в базе. Малое изменение вида характеристик Iк = f (Iэ) при Uкб = const при подаче напряжения на коллектор непосредственно связано с почти горизонтальным ходом коллекторных характеристик. Уравнение

Iк = αIэ + Iк0

10

Для определения h-параметров необходимо обеспечение режимов холостого хода во входной цепи и короткого замыкания в выходной цепи, что нетрудно сделать как для плоскостных, так и для точечных транзисторов.

I1 I2

U1 U2

Рис.4.1.