Статичні вольтамперні характеристики біполярного та польових транзисторів
Лекція №
з дисципліни «Промислова електроніка та перетворювальна техніка»
Статичні вольтамперні характеристики біполярного транзистора
До основних параметрів транзистора належать вхідні та вихідні вольтамперні характеристики. Однак їх характер залежить від схеми увімкнення.
Схема із загальною базою.
Рис. 1. Схема підведення напруг живлення до транзистора типу p - n-p, увімкненого за схемою зі спільною базою; розподіл струмів та напруг транзистора
Рис. 2. Вихідні а) та вхідні б) характеристики біполярного транзистора
Вихідні характеристики Ік=(Uкб)IE=const починаються лівіше осі ординат. Напруга колекторного переходу визначається внутрішньою різницею потенціалів та напругою джерела Uкб. Якщо вихідна напруга Uкб = 0, а струм емітера ІЕ ¹ 0, то дірки ²перекидаються² із бази в колектор під дією внутрішньої різниці потенціалів.
Вихідні характеристики мають три зони. В зоні І спостерігається швидке зростання струму колектора під дією внутрішньої різниці потенціалів. В зоні ІІ спостерігається деяке зростання струму в силу двох факторів:
а) появи ефекту модуляції бази (зменшення товщини бази);
б) зростання теплового струму Іко під час підвищення колекторної напруги Uкб .
Колекторний перехід (його товщина) зростає із збільшенням колекторної напруги Uкб . В основному це відбувається за рахунок бази, отже база звужується із збільшенням Uкб. Як наслідок число рекомбінацій дірок з електронами зменшується, тобто більша частина емітерного струму попаде в колектор. Це зростання стуму колектора характеризується диференційним опором колекторного переходу
rк(б)= dUкб /dIк за умови ІE=const.
Для типових транзисторів rк(б)=0,5…1 Мом.
Для робочої зони ІІ транзистора колекторний струм (з врахуванням ефекту модуляції бази) визначається з наступної залежності
Ік = aІе + Uкб /rк(б) + Іко.
Третя зона - це зона електричного пробою. Зауважимо, що колекторний перехід працює під впливом зворотної напруги.
Вхідні характеристики ІЕ=(UЕб)Uкб=const такі ж як і пряма вітка p/n - переходу. Із збільшенням колекторної напруги проявляється ефект модуляції бази. Зауважимо, що у технічній літературі завжди наведені лише дві вхідні характеристики: одна для Uкб = 0, а інша – для рекомендованої напруги
Uкб ¹ 0 для відповідного типу транзистора.
Схема із спільним емітером
Рис. 3. Схема підведення напруг живлення до транзистора типу p-n-p, увімкненого за схемою зі спільним емітером; розподіл струмів транзистора
Напруга Uбе визначає напругу на емітерному переході, а напруга на колекторному переході визначається як Uке - Uб е.
Рис. 4. Вхідні а) та вихідні б) характеристики біполярного транзистора увікненого за схемою зі спільним емітером
Вихідні харктеристики Ік=(Uке)Iб=const. Ці характеристики починаються з початку координат. Якщо напруга джерела живлення Uке=0, то напруга на колекторному переході -Uбе. Колекторний перехід знаходиться під прямою напругою і відповідно інжектує дірки в базу. Потоки дірок від колектора в базу і від емітера в колектор рівні, тобто Ік » 0. Збільшення напруги Uке призводить до зменшення прямої напруги на колекторному переході, колектор зменшує інжекцію носіїв в базу, струм Ік зростає за рахунок емітерного струму. На межі, що зображена пунктирною лінією, пряма напруга з колекторного переходу повністю знімається і починає діяти обернена, яка є прискорючою для дірок, що пересуваються від емітера. Для зони ІІ справедливе рівняння
Ік = aІе + Uке /rк(б)+Іко. (1)
З врахуванням того, що Іе=Ік+Іб, останню залежність можна звести до наступного вигляду
Ік = 
Іб + 
Uке /rк(б)+ Іко .
Нехай = b - коефіцієнт передачі струму для схеми увімкнення транзистора зі спільним емітером, а =1+b. З врахуванням наведених формул залежність (1) запишемо у зручному для аналізу вигляді
Ік = bІб + Uке /rк(e)+ (1+b)×Іко ,
де rк(е) = rк(б) /(1+b) - диференційний опір колекторного переходу за умови увімкнення транзистора за схемою зі спільним емітером.
У наведеній залежності коефіцієнт b показує зв’язок струму колектора із вхідним струмом Іб. Оскільки b>>1, то транзистор у схемі зі спільним емітером володіє коефіцієнтом підсилення за струмом. Це істотна перевага цієї схеми увімкнення транзистора.
Вихідні характеристики мають нахил до осі напруги, який визваний ефектом модуляції бази. Він сильніший в схемі увімкнення транзистора із загальним емітером, оскільки незначні зміни коефіцієнта a дають значні зміни коефіцієнта b = . Диференційний опір колекторного переходу за умови увімкнення транзистора за схемою зі спільним емітером rк(е) в 1+b разів менше дифереційного опору rк(б) в схемі із загальною базою. Для типових транзисторів rк(е) становить 30…40 Ом.
Вихідні характеристики в значній мірі залежать від температури. Їх залежність від температури значно сильніша, ніж у схемі із загальною базою (множник 1+b перед Іко).
І, нарешті, відмітимо, що електричне пробиття колекторного переходу відбувається за напруг, які в 1,5…2 рази менше, ніж у схемі із загальною базою.
Вхідні характеристики Іб=f (Uбе)за умовиU ке=const(рис. 4 а). Якщо Uке=0, то вхідна характеристика відповідає характеристиці двох p/n- переходів увімкнених паралельно. Струм бази у даному випадку дорівнює сумі струмів емітера і колектора, який працює в режимі інжекції.
Якщо Uке¹ 0, то вхідна характеристика починається з точки з від’ємним значенням струму бази, значення якого рівне Іко. Це пояснюється тим, що у струмі бази присутні дві складові струмів: (1- a)Іе та Іко. Якщо Uбе=0, то не протікає струм за рахунок основних носіїв зарядів (1- a)Іе. Іко – некерована складова струму, що протікає від бази до колектора (навіть за умови Uбе=0).
