Входные и управляющие характеристики

Рассмотрим зависимости токов транзистора от входных напряжений, которые одинаковы для схем с ОБ и с ОЭ, но различаются знаками и индексами: .Будем считать, что коллекторный переход закрыт, а на эмиттерный переход подается прямое напряжение, тогда концентрация электронов на грани­це базы с коллекторным переходом будет равна

Концентрация электронов на границе базы с эмиттерным переходом равна

При увеличении напряжения и_Э.П графики распределения концентрации электро­нов в базе (рис. 4.8, а) идут более круто, соответственно, возрастают углы наклона касательных в сечениях х_р и х'_р, а также площадь под графиком п(х). Следователь­но, возрастают все токи транзистора (рис. 4.8, 6). Внешне они похожи на характе­ристики диода, и так же, как в диоде, заметный ток появляется при и_вх ≈ 0,6 В (для кремния). В справочниках обычно приводят входные характеристики для двух значений u_вых: одно для активного режима, другое для u_вых = 0.

В схеме с ОБ при и_к6 = 0 график распределения концентрации электронов в базе идет более полого, чем при и_к6 > 0 (рис. 4.9, а), поэтому градиент концентрации электро­нов в сечении х_p уменьшается, что свидетельствует об уменьшении тока эмиттера. В результате входная характеристика при и_к6 = О идет более полого (рис. 4.9, б). В схеме с ОЭ при u_кэ = 0 транзистор переходит в режим насыщения, поэтому концен­трация электронов в сечении x’_p становится равной п(х'_р), как показано на рис. 4.10, а, и площадь под графиком п(х) увеличивается, что свидетельствует об увеличении тока базы. Поэтому входная характеристика сдвигается влево (рис. 4.10, 6).

Представляет интерес начальная область характеристик, в которой существуют весьма малые токи. На рис. 4.11, а показано распределение концентрации п(х) в базе при малых значениях напряжения, а на рис. 4.11, б — зависимости токов от напряжения u_вх.

Если напряжение u_Э.П достаточно велико, то график п(х) идет очень круто (кри­вая 1), поэтому через транзистор протекают большие токи. По мере уменьшения и_зп график п(х) идет более полого и все токи уменьшаются. При u_Э.П = 0,037 В кон­центрация п(х_р) в соответствии с (4.10) оказывается равной 2п_р. В этом случае ток базы становится равным нулю (кривая 2), так как площади S⁺ и S^- одинако­вы, а ток i_э равен i_K, то есть через транзистор протекает ток I_КЭО

Если u_Э.П = 0, то п(х_р) =n_p и график распределения концентрации п(х) проходит ниже n_р (кривая 3), причем градиент концентрации в сечении х_р не равен нулю. Объяс­няется это эффектом Эрли, суть которого состоит в следующем. Если бы ширина базы W превышала диффузионную длину электронов L_n, то при отсутствии инжекции в базу со стороны эмиттера и наличии экстракции электронов из базы в область коллектора распределение избыточной концентрации электронов долж­но было бы изменяться по экспоненциальному закону и в сечении х_р градиент концентрации был бы равен нулю. Но при этом не было бы передачи тока эмиттера в цепь коллектора. Поэтому в транзисторах ширина базы меньше диффузион­ной длины электронов, но при этом градиент концентрации в сечении х_р не равен нулю, следовательно, в цепи эмиттера существует ток. Чем меньше ширина базы, тем больше градиент концентрации в сечении х_р и тем больше ток i_э.

Таким образом, при u_Э.П = 0 в транзисторе существуют токи i_э, i_к и i₆. При подаче на ЭП обратного напряжения величина п(х_р) становится меньше равновесной концен­трации n_p, и при некоторой величине напряжения u_Э.П градиент концентрации в се­чении х_р становится равным нулю (кривая 4), а следовательно, ток эмиттера также становится равным нулю. В этом случае в соответствии с (4.3) i_к = I_КБО, а i_б=- I_КБО

При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения u_Э.П концентрация п(х_р) еще более уменьшается, а градиент концентрации в сечении х_р меняет знак (кри­вая 5), поэтому ток эмиттера становится отрицательным.