Семейство выходных характеристик

Выходными характеристиками биполярного транзистора в схеме включения с общей базой называются зависимости тока коллектора от напряжения коллектор – база при постоянном токе эмиттера. Выходные характеристики приведены на рис.7.

Выходные характеристики в основном режиме работы биполярного транзистора в схеме включения с общей базой описываются соотношением

. (9)

При токе эмиттера, равном нулю () зависимость представляет собой характеристику обратносмещенного p-n перехода /5/(зависимость 1, рис.7). В этом случае в цепи коллектора протекает ток , где – тепловой ток или ток насыщения; – ток термогенерации; – ток утечки.

При токе эмиттера больше нуля () – зависимости 2 – 4, рис.7 – характеристика смещается вверх и влево относительно начала координат. При (рис.8) на объемном сопротивлении базы создается падение напряжения за счет тока рекомбинационных потерь базы
(1-α)I_Э , коллекторный переход оказывается обратносмещенным и работает в режиме экстракции. Ввиду этого для тока коллектора справедливо соотношение (9) и выходная характеристика транзистора соответствует точке A (зависимость 2, рис.7).

Рис.8. Схема включения транзистора при U_кб = 0

При увеличении обратного напряжения на коллекторном переходе ток коллектора на участке AВ несколько возрастает за счет тока и увеличения коэффициента передачи тока , вызванного эффектом модуляции толщины базы:

. (10)

С ростом уменьшается толщина базы W, увеличивается коэффициент переноса, а следовательно, и (10).

При подаче на коллекторный переход прямого напряжения коллектор сам инжектирует дырки в область базы, так как этот ток течет навстречу току инжекции из эмиттера, то результирующий ток в цепи коллектора с ростом прямого напряжения уменьшается. В точке C выходной характеристики при токе I_Э2 (рис.7) переход коллектор – база имеет нулевое смещение (в этой точке напряжение коллектор – база равно падению напряжения на объемном сопротивлении базы и суммарное напряжение на переходе равно нулю, поэтому неуправляемый ток коллекторного перехода отсутствует и общий ток коллектора определяется первым слагаемым выражения (9)). При дальнейшем увеличении прямого напряжения на коллекторном переходе его ток инжекции быстро возрастает, противодействуя току коллектора экстракции, и общий ток уменьшается до нуля (точка D на рис.7). Чем больше ток эмиттера, тем выше и левее смещается выходная характеристика (зависимости 3, 4, рис.7).

Рис. 9. Влияние температуры на выходные характеристики биполярного
транзистора в схеме включения с общей базой при I_Э1 =0:
T1= +20 ºC; --------- T2= +50 ºC

Увеличение напряжения на коллекторе выше некоторого допустимого значения приводит к резкому увеличению тока коллектора вследствие лавинного размножения носителей заряда в коллекторном переходе из-за разогрева коллекторного перехода за счет рассеивающейся на нем мощности . Область характеристик при и (область IV, рис.7) является нерабочей, так как в этой области происходит выход из строя транзистора. Область характеристик при токе называется режимом отсечки (область III). В этой области коллекторный и эмиттерный переходы обратно смещены. Область характеристик при положительном напряжении на коллекторе (область II) называется режимом насыщения. В этой области коллекторный и эмиттерный переходы прямо смещены. Область I называется режимом активного усиления – эмиттерный переход – прямосмещенный, а коллекторный – обратносмещенный. В этой области транзистор работает в усилительном режиме. На рис.7 пунктирной линией, выходящей из начала координат под некоторым углом, отмечается граница активного режима работы транзистора и режима насыщения.

При работе в импульсном режиме транзистор находится в основном в режиме насыщения или режиме отсечки.

Влияние температуры на выходные характеристики биполярного транзистора в схеме включения с общей базой можно пояснить следующим образом. При I_Э1 =0 (разрыв цепи эмиттера) исходная характеристика соответствует обратной ветви вольтамперной характеристики электронно-дырочного перехода:

. (11)

Данная зависимость представлена на рис. 9 сплошной линией при температуре T1=+20ºC.

При увеличении температуры возрастет ток I_К0. Ток I_К0, так же как и обратный ток электронно-дырочного перехода /5/, растет по экспоненциальному закону. На практике он примерно удваивается при изменении температуры на каждые 10ºC (пунктирная линия на рис.9).

Температурная зависимость выходных характеристик при токах эмиттера больше нуля (I_Э >0) показана на рис. 10. При увеличении температуры возрастает ток коллектора в соответствии с соотношением (9) из-за увеличения тока I_К0 икоэффициента передачи по току α.

Рис. 10. Влияние температуры на выходные характеристики биполярного
транзистора в схеме включения с общей базой при I_Э >0:
T1= +20 ºC; --------- T2= +50 ºC

На рис.10 выходные характеристики приведены только для активного режима работы, поскольку этот режим наиболее часто используется в практических применениях. Из приведенных зависимостей следует, что с ростом температуры увеличение I_К0 иα приводит к росту тока коллектора и все зависимости поднимаются вверх (пунктирные линии выходных характеристик, рис. 10)

Поскольку ток мал, а с ростом температуры растет незначительно, то изменение температуры в широких пределах приводит к незначительному изменению характеристик, поэтому выходные характеристики транзистора в схеме включения с ОБ можно считать термостабильными. Слабая зависимость выходных характеристик биполярного транзистора в схеме включения с общей базой в активном режиме работы от напряжения коллектор – база отражает их линейность.