Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ

Семейство выходных ВАХ транзистора с ОЭ (рис.17) представляет собой зависимость J _К(V _К-Э), причем параметром семейства является ток базы J _Б. Выходная ВАХ транзистора при фиксированном токе базы имеет два ярко выраженных участка: крутой (начальный) и пологий. Крутой участок соответствует режиму насыщения транзистора, когда базовый ток удовлетворяет условию:

. (82)

Рис. 17. Выходные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ

При этом оба перехода оказываются в прямом смещении, и уравнение ВАХ на этом участке (в первом приближении) можно записать в виде

, (83)

где r _К – так называемое сопротивление насыщения транзистора.

Фактически это есть сопротивление растекания тела коллектора на пути от коллекторного перехода до омического контакта к коллектору. При более пристальном рассмотрении можно показать, что сопротивление r _К может зависеть от тока базы, т.е. на этом участке вольт-амперные характеристики могут и не сливаться в одну кривую.

На пологом участке ВАХ (активный режим) может быть описана выражением:

, (84)

где J _КЭ0 – начальный ток коллектора транзистора в схеме с ОЭ. По сути дела это обратный ток коллекторного p-n- перехода J _КБ0 (см. раздел 7 данного пособия), усиленный самим транзистором (J _КЭ0 » h _21E× J _КБ0). Если бы коэффициент передачи h _21E не зависел от напряжения на коллекторе, то выходная статическая характеристика транзистора на этом участке изображалась бы горизонтальной линией. Однако из-за эффекта Эрли (изменение ширины активной базы с изменением напряжения на коллекторном переходе) h _21E является возрастающей функцией V _КЭ. Наклон характеристики в этом режиме можно характеризовать дифференциальным сопротивлением R _K = dV _КЭ/ dJ _К. Чем больше R _K, тем больше можно получить коэффициент усиления по мощности.

При анализе выходных статических характеристик транзистора следует помнить, что существуют следующие ограничения. Во-первых, ограничение на максимальный ток коллектора, связанное с рядом эффектов высокого уровня инжекции. Во-вторых, на максимально допустимое напряжение V _{К - Э} (определяемое электрическим пробоем транзистора) и, в третьих, на максимально допустимую рассеиваемую мощность P _max (связанную с эффектом саморазогрева и определяемую тепловым сопротивлением конструкции прибора и условиями эксплуатации).

Семейство входных характеристик транзистора в схеме с ОЭ (рис. 18)

Рис.18. Входные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ

представляет собой зависимость J _Б(V _БЭ), причем параметром семейства является напряжение на коллекторе V _КЭ.

Начальная входная характеристика (при V _КЭ = 0) есть не что иное, как прямая ветвь ВАХ p-n -перехода. Однако следует учесть, что ток базы – это только электронная составляющая полного прямого тока эмиттерного p⁺-n -перехода, которая целиком расходуется на рекомбинацию с дырками в различных областях транзистора. Если же на коллекторный переход подать обратное смещение, то вследствие расширения ОПЗ коллекторного перехода толщина активной базы уменьшится и, следовательно, уменьшится процесс рекомбинации в активной базе. За счет этого базовый ток при этом же напряжении на эмиттерном переходе будет меньше, и вся ВАХ (при V _КЭ < 0) идет ниже.

Интересно, что при V _БЭ = 0 и V _КЭ < 0 ток базы отрицателен (т.е. течет в другую сторону). Это легко понять, если учесть, что в этом случае течет только обратный ток коллектора и его электронная составляющая течет из коллектора в базу и далее через вывод базы на землю.