В схеме ОЭ

Характеристики и параметры биполярного транзистора

Биполярный транзистор описывается в первую очередь семейством входных и выходных характеристик. Эти характеристики называют статическими, поскольку их снимают при отсутствии в цепях транзистора резисторов и относительно медленных изменениях токов и напряжений. Входными называют семейство вольт-амперных характеристик входной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений напряжения выходной цепи. Выходными называют семейство вольт-амперных характеристик выходной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений входного тока. Как видно из рис.7, каждой схеме включения соответствует определенное сочетание входных и выходных токов и напряжений. Поэтому вид и входных и выходных характеристик транзистора будет определяться схемой его включения.

Типичные входная и выходная статические характеристики транзистора типа n-p-n для схемы включения ОЭ представлены на рис.8 и 9. Характеристики транзистора типа p-n-p аналогичны, но значения напряжений U и U - отрицательные.

Входная характеристика транзистора в схеме ОЭ – это семейство зависимостей I _Б (U ), построенных при постоянных значениях напряжения U . Однако, как видно из рис.8, приводятся две зависимости: одна для U = 0, а другая для значения напряжения U , соответствующего центру рабочего интервала значений данного параметра. Это связано с тем, что вольт-амперные характеристики входной цепи для рабочего интервала значений U практически не отличаются друг от друга. В данном случае зависимость I _Б (U ) по существу является вольт-амперной характеристикой эмиттерного p-n перехода, поскольку коллекторный переход находится в закрытом состоянии. При U = 0, кроме эмиттерного, открытым будет и коллекторный переход, зависимость I _Б (U ) представляет собой вольт-амперную характеристику уже двух переходов, включенных параллельно (токи эмиттера и коллектора суммируются в базе).

Рис.8. Входная характеристика Рис.9. Выходная характеристика биполярного транзистора биполярного транзистора

Выходная характеристика транзистора в схеме ОЭ, как видно из рис.9, - это семейство зависимостей I (U ), построенных для ряда значений тока I _Б. Каждая вольт-амперная характеристика имеет три участка: начальный, на котором происходит резкое увеличение коллекторного тока при подъеме напряжения U ; рабочий участок, где коллекторный ток незначительно увеличивается при увеличении напряжения U , при этом зависимость I (U ) – линейная; участок пробоя коллекторного перехода. Резкое увеличение коллекторного тока в начале вольт-амперной характеристики соответствует закрытию коллекторного перехода, когда по абсолютному значению напряжение U становится больше напряжения U и обеспечивается перенос рабочих носителей заряда из базового слоя в коллекторный. При этом увеличение тока базы (при увеличении напряжения база-эмиттер) обусловлено увеличением поступления рабочих носителей заряда из эмиттерного слоя в базовый.

Соотношения (1) и (2) позволяют получить выражение для рабочих участков выходной характеристики.

I = β I _Б + I . (3)

В этом выражении I = I - является начальным током транзистора в схеме ОЭ, который получается при I _Б = 0. Параметр β = - коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, который характеризует усиление транзистора по току. Поскольку значение α составляет 0, 9 – 0, 99, величина параметра β обычно находится в пределах 9 – 99.

Соотношение (3) правильно отражает линейное увеличение коллекторного тока при увеличении тока базы, но не передает зависимость тока I от напряжения U . Последнее учитывается введением в соотношение (3) дополнительного слагаемого, после чего оно принимает вид

I = β I _Б + + I , (4)

где r - дифференциальное сопротивление выхода транзистора в схеме ОЭ.

Область значений выходных параметров, при которых допускается эксплуатация транзистора, называется рабочей. Границы этой области, показанной на рис.9, определяются тремя факторами:

- максимальным значением напряжения U , превышение которого приводит к электрическому пробою коллекторного p-n перехода;

- максимальным значением коллекторного тока I , превышение которого приводит к перегреву эмиттерного p-nперехода;

- максимальным значением мощности, рассеиваемой в коллекторном переходе, Р , превышение которого приводит к перегреву этого перехода. На рис.1.9 последнему фактору соответствует гипербола

I U = Р .

В маломощных транзисторах значение Р не превышает 0, 3 Вт, в транзисторах средней мощности – 3 Вт. Современные транзисторы высокого уровня мощности обеспечивают рассеяние мощности до 100 Вт.

Внутри рабочей области транзистор обычно эксплуатируется в составе усилителей. Начальный участок вольт-амперной характеристики, где происходит резкое увеличение коллекторного тока, используется в устройствах импульсной техники при работе транзистора в ключевом режиме.

Как отмечалось, в рабочей области коллекторный ток весьма слабо зависит от напряжения U . Кроме того, из хода вольт-амперной характеристики входной цепи видно, что малому изменению напряжения U соответствует большое изменение базового тока. Из этого следует целесообразность установки электрического режима транзистора по величинам тока базы и напряжения коллектор-эмиттер, т.е. их выбора в качестве параметров режима прибора. В таком качестве они используются при построении статических характеристик: входные характеристики строятся для ряда значений напряжения U , а выходные – для ряда значений тока I _Б.