Схемы включения и вольтамперные характеристики БТ

Транзистор может быть включен в усилительный каскад тремя различными способами (рис.3): по схеме с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ), с общим коллектором (ОК). Такая терминология указывает, какой из электродов БТ является общим для его входной и выходной цепей. Различные схемы включения транзистора, например, в усилительный каскад, обеспечивают этим каскадам существенно различные свойства. В частности, это касается величин входного и выходного сопротивления каскада, коэффициентов усиления по току, по напряжению и по мощности, табл.2. Принцип же усиления электрических сигналов во всех трех случаях включения БТ остается одним и тем же.

Рис. 3.

Таблица 2

Статистические вольтамперные характеристики транзисторов связывают между собой постоянные токи и напряжения различных электродов. В транзисторах всегда взаимно связаны четыре величины: входные ток и напряжение, выходные ток и напряжение. Поэтому БТ характеризуется четырьмя семействами статических ВАХ:

· входные ВАХ: I_вх= f (U_вх) при U_вых = const;

· выходные ВАХ: I_вых= f (U_вых) при I_вх = const;

· ВАХ прямой передачи тока: I_вых= f (U_вх) при U_вых = const:

· ВАХ обратной передачи напряжения: U_вх= f (U_вых) при I_вх = const.

Из всех ВАХ только два семейства являются независимыми, остальные можно получить из первых двух. На практике наибольшее распространение получили входные и выходные ВАХ. Вид входных и выходных ВАХ зависит от схемы включения транзистора, что следует из полученной аналитической модели БТ (5),(6). Для проведения расчетов электронных устройств в справочниках приводят статические входные и выходные ВАХ для схем включения с ОБ и ОЭ. Для анализа схем с ОК обычно используют ВАХ схемы с ОЭ, т.к. в активном режиме с достаточной для практики точностью можно считать I_э=I_к.

Для схемы с ОБ входные и выходные ВАХ приведены на рис.4. Входные ВАХ БТ аналогичны вольтамперной характеристике р-n-перехода, при U_кб=0 это обычная характеристика эмиттерного р-n-перехода (8).

Влияние напряжения U_кб на поведение входных характеристик обусловлено эффектом модуляции толщины базы (эффект Эрли). Выходные ВАХ БТ в схеме с ОБ располагаются в двух квадрантах: в первом квадрате

а) б)

Рис.4.

характеристики соответствуют активному режиму, а во втором - режиму насыщения. Вследствие эффекта Эрли реальные выходные ВАХ в активной области имеют в отличие от идеальных (9) небольшой наклон. Величина тока коллектора даже при U_кб=0 имеет достаточно большую величину, зависящую от тока эмиттера. При I_э=0 выходная характеристика БТ соответствует обратной ветви ВАХ коллекторного р-n-перехода. Ток I_кбо является неуправляемым током коллектора и представляет один из параметров транзистора. При смене полярности напряжения U_кб ток I_к резко уменьшается благодаря противодействию Uk6 диффузии носителей заряда, идущих от эмиттера к коллектору. При дальнейшем увеличении U_кб ток I_к возрастает и идет в обратном направлении, что может послужить причиной выхода из строя транзитора. Поэтому выходные ВАХ в третьем квадранте не являются рабочими и обычно не приводятся.

Входные и выходные ВАХ БТ для схемы с ОЭ, рис.5, могут быть описаны выражениями, полученными из соотношений для соответствующих ВАХ схемы с ОБ (8) и (12) подстановкой :

(20)

где ; - обратный ток в цепи коллектор - эмиттер при =0; - дифференциальное сопротивление промежутка коллектор-эмиттер. У выпускаемых промышленностью транзисторов

а) б)

Рис. 4.

. Входные ВАХ транзистора в схеме с ОЭ с увеличением выходного напряжения смещаются от оси тока, что связано с уменьшением вероятности рекомбинации неосновных зарядов в базе благодаря эффекту Эрли. При =0 (коллектор закорочен с эмиттером) БТ можно рассматривать как параллельное включение прямосмещенных р-n-пeреxoдoв. Ток базы в этом случае равен сумме токов, протекающих по обоим переходам. При >0 коллекторный переход смещается в обратном направлении и ток в цепи база-коллектор резко уменьшается. В этом случае входная ВАХ обусловлена только рекомбинацией неосновных носителей в базе, инжектированных из эмиттера. Выходные ВАХ БТ в схеме с ОЭ в сравнении с выходными ВАХ в схеме с ОБ имеют больший наклон из-за эффекта Эрли. Главной особенностью этих ВАХ является их расположение в первом квадранте. Область I соответствует режиму насыщения, II - активному, III- режиму отсечки. Неуправляемый ток в цепи коллектор- эмиттер при =0 (цепь базы разорвана) значительно больше, чем в схеме с ОБ. За счет этого выходные ВАХ схемы ОЭ более чувствительны к изменению температуры - при повышении температуры они смещаются в область больших токов, а наклон их увеличивается.