Статические вольт-амперные характеристики

Слайд 1

Лекция 3.

Биполярные транзисторы.

Транзистор, или полупроводниковый триод, являясь управляемым элементом, нашел широкое применение в схемах усиления, а также в импульсных схемах. Отсутствие накала, малые габариты и стоимость, высокая надежность — таковы преимущества, благодаря которым транзистор вытеснил из большинства областей техники электронные лампы.

Слайд 2

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную полупроводниковую структуру с чередующимся типом электропроводности слоев и содержит два p-n-перехода. В зависимости от чередования слоев существуют транзисторы типов р-n-р и n-р-n (рис. 4.1, а, б). Их условное обозначение на электронных схемах показано на рис. 4.1, в, г. В качестве исходного материала для получения трехслойной структуры используют германий и кремний (германиевые и кремниевые транзисторы).

Трехслойная транзисторная структура создается по сплавной или диффузионной технологии, по которой выполняется и двухслойная p-n-структура полупроводниковых диодов. Трехслойная транзисторная структура типа р-n-р, выполненная по сплавной технологии, показана на рис. 4.1, д. Пластина полупроводника «типа является основанием, базой (отсюда и название слоя) конструкции. Два наружных р-слоя создаются в результате диффузии в них акцепторной примеси при сплавлении с соответствующим материалом. Один из слоев называется эмиттерным, а другой — коллекторным. Так же называются и p-n-переходы, создаваемые этими слоями со слоем базы, а также внешние выводы от этих слоев.

Риc. 4.1. Полупроводниковая структура транзисторов типов p-n-р (а) и n-p-п (б);

их условные обозначения в электронных схемах (в, г); сплавная транзисторная структура типа р-п-р (д);

пример конструктивного исполнения маломощного транзистора (е):

1 — донце корпуса;

2 — колба;

3 — внутренний вывод эмиттера;

4 — таблетка индия;

5 — кристаллодержатель;

6 — пластина германия n-типа;

7 — таблетка индия;

8 —внутренний вывод коллектора; 9 — стеклянный изолятор

Слайд 3

Функция эмиттерного перехода — инжектирование (эмиттирование) носителей заряда в базу, функция коллекторного перехода — сбор носителей заряда, прошедших через базовый слой. Чтобы носители заряда, инжектируемые эмиттером и проходящие через базу, полнее собирались коллектором, площадь коллекторного перехода делают больше площади эмиттерного перехода. Пример конструктивного исполнения маломощного транзистора показан на рис. 4.1, е.

В транзисторах типа n-р-n функции всех трех слоев и их названия аналогичны, изменяется лишь тип носителей заряда, проходящих через базу: в приборах типа р-n-р — это дырки, в приборах типа n-р-n — электроны.

Слайд 4.1

Принцип действия транзистора и его основные параметры

Принцип действия биполярного транзистора рассмотрим на примере структуры типа р-п-р (рис. 4.2, а). Сначала покажем распределение концентрации носителей заряда в слоях транзисторной структуры и разности потенциалов, создаваемой объемными зарядами p-n-переходов, в отсутствие внешних напряжений (рис. 4.2, б, в).

Рис. 4.2. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б) и внутренней разности потенциалов (в) в отсутствие внешних напряжений

Обозначение концентраций основных и неосновных носителей заряда здесь то же, что и для диода. Индекс «0» в обозначениях указывает на распределение концентраций в слоях в отсутствие внешних напряжений. Соотношение концентраций основных носителей заряда в эмиттерном и коллекторном слоях транзистора несущественно, и на рис. 4.2, б они приняты одинаковыми. Отличие же в концентрациях основных носителей заряда эмиттерного и базового слоев весьма важно, так как оно влияет (что будет показано в дальнейшем) на параметры транзистора, в частности на коэффициент передачи тока α. Концентрация основных носителей заряда в базе должна быть много меньше концентрации основных носителей заряда в эмиттере, т.е. p_po >> n_no. Таким образом, для транзистора базовый слой должен быть более высокоомным, чем эмиттерный. Это достигается за счет использования высокоомного исходного полупроводника n-типа. С учетом того, что для определенной температуры произведение рn — величина постоянная, полная картина распределения концентраций в слоях транзистора будет иметь вид, показанный на рис. 4.2, б.

Слайд 4.2

В отсутствие внешних напряжений на границах раздела трех слоев образуются объемные заряды, создается внутреннее электрическое поле и между слоями действует внутренняя разность потенциалов. Потенциальный барьер в каждом из переходов устанавливается такой величины, чтобы обеспечивалось равновесие диффузионного и дрейфового потоков носителей заряда, движущихся через переходы в противоположных направлениях, т.е. равенство нулю протекающего через них тока. Поскольку концентрации основных (и неосновных) носителей заряда в эмиттерном и коллекторном слоях приняты одинаковыми, потенциальные барьеры в обоих p-n-переходах будут равны. Если за нулевой уровень отсчета принять потенциал базы, то распределение разности потенциалов в транзисторе в отсутствие внешних напряжений будет иметь вид, показанный на рис. 4.2, в.

Слайд 5

Внешние напряжения подключают к транзистору таким образом, чтобы обеспечивалось смещение эмиттерного перехода в прямом направлении, а коллекторного перехода — в обратном направлении.

Слайд 6

Рис. 4.3. Транзисторная структура типа p-n-p (а), распределение концентраций носителей заряда (б), и внутренней разности потенциалов (в) при наличии внешних напряжений

Слайд 7(1)

Это достигается с помощью двух источников напряжения Uэ и Uк (рис. 4.3, а). Напряжение Uэ подключается положительным полюсом к эмиттеру относительно базы, напряжение Uк — отрицательным полюсом к коллектору относительно базы (схема с общей базой). Рассмотрим процессы, протекающие в эмиттерном переходе, базовом слое и коллекторном переходе транзистора. Так как в эмиттерном переходе внешнее напряжение Uэ действует в прямом направлении, потенциальный барьер для дырок — основных носителей зарядов эмиттерного слоя — уменьшается и дырки из эмиттера под действием диффузии будут в большем количестве переходить (инжектировать) в область базы (рис. 4.3, а, в). Аналогичным образом увеличится диффузионный поток электронов (основных носителей заряда области базы) в эмиттер. С учетом достаточно малой для смещенного в прямом направлении p-n-перехода составляющей дрейфового тока, создаваемой неосновными носителями заряда областей, ток эмиттерного перехода и цепи эмиттера можно записать в виде I_э = I_эр + I_эn . Дырочная составляющая тока I_эр создается потоком дырок, переходящих из эмиттера в базу. Большинство дырок в последующем достигает коллектора и вызывает коллекторный ток транзистора. Электронная составляющая тока I_эn обусловлена движением электронов из базы в эмиттер. Она замыкается по входной цепи через источник Uэ и не используется полезно (для создания тока в коллекторной цепи). Таким образом, функция эмиттерного перехода и процессы в эмиттерном переходе сводятся к инжекции носителей заряда (дырок) в базу.

Слайд 7(2)

Одним из важнейших показателей эмиттерного перехода является так называемый коэффициент инжекции γ, показывающий, какую часть от полного эмиттерного тока составляет его дырочная составляющая: γ = I_эр / I_э. (4.2) С точки зрения качества эмиттерного перехода необходимо, чтобы электронная составляющая эмиттерного тока Iэn была существенно меньше его дырочной составляющей Iэр. Это достигается значительным (на два-три порядка) превышением концентрации основных носителей заряда (дырок) в эмиттере над концентрацией основных носителей заряда (электронов) в базе (р_p0 >> n_n0). Как указывалось, задача решается применением высокоомного исходного полупроводника для создания базового слоя и введением большой концентрации акцепторной примеси для получения эмиттерного слоя. Для выпускаемых промышленностью транзисторов коэффициент инжекции γ = 0,97÷ 0,995 .

Слайд 8 (1)

Процессы в базовом слое определяются в основном поведением дырок, перешедших в базу через эмиттерный переход. Инжектируемые дырки, попадая в базовый слой, повышают концентрацию дырок в базе вблизи эмиттера по сравнению с равновесной концентрацией р_n0 (рис. 4.3, б). На границе с эмиттерным переходом создается концентрация дырок р _n (0). Величину этой концентрации, зависящей от подведенного напряжения Uэ, находят из соотношения, аналогичного для диода:

Под действием концентрации р_n(0) развивается диффузионное движение дырок в базе в сторону коллектора, т.е. в направлении меньшей концентрации. Концентрация дырок в базе на границе с коллекторным переходом устанавливается близкой к нулю, так как дошедшие до коллекторного перехода под действием диффузии дырки ускоряются полем перехода и перебрасываются в коллектор. Установившееся при определенном напряжении U_э (определенном токе эмиттера и соответствующей величине р_n(0)) распределение концентрации дырок в базе показано на рис. 4.3, б. Ввиду относительно малой толщины базового слоя l_б (соизмеримой с диффузионной длиной дырок L_p) закон распределения концентрации дырок в базе при диффузии р_n(х) близок к линейному. Градиент концентрации дырок в базе определяет диффузионный ток дырок в ней в направлении коллекторного перехода. Описанный характер движения дырок в базе возможен только тогда, когда количество находящихся в объеме базы дырок равно количеству электронов, а распределения их концентраций близки (объемный заряд дырок скомпенсирован объемным зарядом электронов), т.е. при условии электрической нейтральности базы.

Слайд 8 (2)

Электроны, компенсирующие объемный заряд дырок, поступают по цепи базы одновременно с дырками, входящими в слой базы сразу же после подключения напряжений Uэ и Uк. В установившемся режиме концентрации дырок р_n и электронов n_n близки. Распределение концентрации электронов на рис. 4.3, б показано пунктирной кривой. Наличие дырок и электронов в базе приводит к тому, что в процессе диффузии некоторая часть дырок рекомбинирует с электронами (рис. 4.3, а). В результате актов рекомбинации количество дырок, дошедших до коллектора, не будет равно количеству дырок, поступивших из эмиттера, и, следовательно, дырочная составляющая коллекторного тока I_кp будет меньше дырочной составляющей эмиттерного тока I_эр. Вследствие рекомбинации некоторого числа дырок с электронами в процессе их движения через базу концентрация дырок уменьшается, что приводит к уменьшению их градиента концентрации по оси х и некоторому отличию кривой р_n(х) от линейного закона (рис. 4.3, б). Вместе с тем акты рекомбинации дырок с электронами создают недостаток электронов, требующихся для компенсации дырок, постоянно входящих в базу из эмиттера. Необходимые электроны поступают по цепи базы, создавая базовый ток транзистора I_бр (рис. 4.3, а). Следовательно, разность между дырочными составляющими эмиттерного и коллекторного токов представляет собой ток базы, обусловленный рекомбинацией в ней дырок. В соответствии с этим запишем соотношение для дырочных составляющих токов транзистора: I_эр = I_к_p + I_бр.

Слайд 8 (3)

Для определения части дырок, прошедшей из эмиттера в коллектор, вводят коэффициент переноса дырок в базе δ, который равен отношению дырочной составляющей коллекторного тока к дырочной составляющей эмиттерного тока: δ = I_кр / I_эр. (4.5) Желательно, чтобы величина коэффициента переноса δ как можно меньше отличалась от единицы. Способы приближения к единице коэффициента перноса δ направлены на сокращение потерь дырок в базе за счет актов рекомбинации. Это достигается увеличением времени жизни дырок в базе и сокращением времени их нахождения в базе. Сокращение времени нахождения дырок в базе связано с уменьшением толщины базового слоя l_б и увеличением скорости их прохождения через базу. Последнее используется в так называемых дрейфовых транзисторах путем создания в слое базы ускоряющего поля. Типовые значения коэффициента δ для транзисторов лежат в пределах 0,96—0,996. δ= 0,96—0,996

Слайд 9

Коллекторного p-n-перехода, предназначенного для перевода дырок, достигших этого перехода, в коллекторную область (рис. 4.3, в). Коллекторный ток транзистора I_к, обусловленный дырочной составляющей I_кp (рис. 4.3, а), связан с током эмиттера I_э коэффициентом передачи тока α: α = I_кр / I_э. (4.6) Умножив числитель и знаменатель равенства (4.6) на Iэр, получим

Следовательно, коэффициент передачи тока α тем ближе к 1, чем меньше отличаются от 1 коэффициент инжекции γ и коэффициент переноса δ. Способы приближения к 1 коэффициента передачи тока α связаны со способами увеличения коэффициентов γ и δ (увеличение разности концентраций основных носителей заряда в слоях эмиттера и базы, увеличение времени жизни дырок в базе, уменьшение ширины базового слоя, создание ускоряющего поля в слое базы). Наличие коллекторного перехода, включенного в обратном направлении, приводит к появлению дополнительной неуправляемой составляющей тока коллектора, обусловленной протеканием обратного тока коллекторного перехода I_к0 (рис. 4.3, а). Как известно, обратный ток создается дрейфом неосновных носителей заряда из близлежащих областей обратно включенного p-n-перехода, в данном случае концентрациями дырок р_n0 в базе и электронов n_р0 в коллекторе (см. рис. 4.2, б). Поскольку концентрации неосновных носителей заряда зависят от температуры, величина обратного тока также зависит от нее, поэтому этот ток часто называют тепловым. От величины тока эмиттера ток I_к0 не зависит.

Слайд 10

На рис. 4.4 дана наглядная картина протекания токов через транзистор в рассматриваемой схеме.

В соответствии с изложенным ток эмиттера Iэ равен сумме дырочной Iэр и электронной Iэn составляющих: Iэ = Iэр + Iэn.

Ток коллектора Iк состоит из дырочной составляющей Iкр и теплового тока Iк0 (Iк = Iкр + Iк0). Ток базы Iб равен алгебраической сумме электронной составляющей тока эмиттера Iэn, рекомбинационной дырочной составляющей Iбр и теплового тока Iк0

(Iб = Iэn + Iбр – Iк0).

Управляющее свойство транзистора, характеризующее изменение выходного (коллекторного) тока Iк под действием подводимого входного тока Iэ (или напряжения Uэ), обусловливается изменением дырочной составляющей коллекторного тока Iкp за счет изменения дырочной составляющей эмиттерного тока Iэр (рис. 4.4). Таким образом, принцип действия биполярного транзистора основан на создании транзитного (проходящего) потока носителей заряда из эмиттера в коллектор через базу и управлении коллекторным (выходным) током за счет изменения эмиттерного (входного) тока. Следовательно, биполярный транзистор управляется током.

Основное соотношение для токов транзистора составляется по первому закону Кирхгофа:

Iэ = Iк + Iб. (4.8)

С учетом теплового тока Iк0 и соотношения (1.21) токи Iк и Iб можно выразить через Iэ:

Iк = αIэ + Iк0. (4.9)

Iб = (1 – α) Iэ – Iк0 (4.10)

Слайд 11

Статические вольт-амперные характеристики

При использовании транзисторов в различных схемах представляют практический интерес зависимости напряжения и тока входной цепи (входные вольт-амперные характеристики) и выходной цепи (выходные или коллекторные вольт-амперные характеристики). Эти характеристики могут быть записаны аналитически или построены графически. Последний способ наиболее прост и нагляден, поэтому он нашел преобладающее применение. Вольт-амперные характеристики снимают при относительно медленных изменениях тока и напряжения (по постоянному току), в связи с чем их называют статическими. Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

Существуют три способа включения транзистора: с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК). О способе включения с общей базой говорилось при рассмотрении принципа действия транзистора. Различие в способах включения зависит оттого, какой из выводов транзистора является общим для входной и выходной цепей. В схеме ОБ общей точкой входной и выходной цепей является база, в схеме ОЭ — эмиттер, в схеме ОК — коллектор.

Статические характеристики транзистора в схемах ОЭ или ОК примерно одинаковы, поэтому рассмотрим характеристики только для двух способов включения: ОБ и ОЭ.

Слайд 12

Схема ОБ

Рис. 4.5. Схема включения транзистора с общей базой (схема ОБ)

Слайд 13

Выходные характеристики транзистора в схеме ОБ отражают зависимость тока коллектора Iк от напряжения на коллекторе относительно базы Uкб при фиксированном токе эмиттера I_э : I_к = F(U_кб)I_э = const (рис. 4.6, а). Здесь, как и ранее, рассматривается транзистор типа р-п-р, поэтому напряжение Uкб отрицательное.

Рис. 4.6. Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ (а); иллюстрация эффекта модуляции базы в транзисторе (б); зависимость коэффициента передачи тока α от тока эмиттера Iэ (в)

Вольт-амперные характеристики имеют три характерные области: I — сильная зависимость Iк от Uкб (нелинейная начальная область), II — слабая зависимость Iк от Uкб (линейная область), III — пробой коллекторного перехода.

Для схемы ОБ характерно расположение начальной области I левее оси ординат. Это обусловлено тем, что напряжение на коллекторном переходе транзистора в схеме ОБ определяется суммой внутренней разности потенциалов φ₀ и внешнего напряжения Uкб. При Uкб = 0 и заданном токе эмиттера дырки перебрасываются в коллектор из базы под действием внутренней разности потенциалов φ₀; при Uкб = 0 ток Iк ≠ 0. Чтобы уменьшить ток Iк, нужно создать встречный поток дырок через переход, т.е. перевести коллекторный переход путем изменения полярности напряжения Uкб в режим инжекции носителей заряда (в режим эмиттера). При подаче некоторого напряжения положительной полярности Uкб потоки дырок через коллекторный переход будут взаимно скомпенсированы и ток Iэ = 0. Естественно, что с увеличением тока Iэ для этого необходимо подать напряжение Uкб большей величины. Этим объясняется смещение влево начальных участков характеристик при большем токе Iэ.

Слайд 14

Некоторое увеличение тока Iк обусловливается увеличением коэффициента передачи тока α транзистора вследствие возникающего эффекта модуляции толщины базового слоя (эффекта модуляции базы), а также роста тока I_к0 = F(U_кб).

Эффект модуляции базы связан с расширением коллекторного перехода lк за счет увеличения объемного заряда в нем, вызванного повышением напряжения U_кб (рис. 4.6, б). Поскольку расширение перехода происходит главным образом за счет базового слоя, как более высокоомного, повышение напряжения Uкб приводит к уменьшению толщины базового слоя l_б, а следовательно, к уменьшению числа актов рекомбинаций дырок с электронами в ней, увеличению коэффициента передачи тока α и тока Iк.

Эффект модуляции базы иллюстрируется рис. 4.6, б, на котором обозначения с индексом 1 относятся к напряжению U_кб1, а с индексом 2 — к напряжению U_кб2 (U_кб2 > U_кб1).

Слайд 15

Постоянство задаваемого тока Iэ при снятии коллекторных характеристик обусловливает постоянство градиента концентрации дырок dp / dx на границе перехода П1 с базой. В связи с этим кривые распределения концентраций в базе р_n₂(х) и р_n₁(х) идут параллельно друг другу. Из рис. 4.6, б следует, что начальные уровни концентраций дырок на границе эмиттерного перехода с базой получаются неодинаковыми, в частности р_n1(0) > р_n2(0). Это может быть только в случае уменьшения напряжения на переходе П1. Таким образом, изменение тока Iк с изменением напряжения Uк6 при Iэ = const, связанное с изменением коэффициента передачи тока α из-за эффекта модуляции базы, сопровождается также изменением напряжения на эмиттерном переходе. Иными словами, модуляция базы создает внутреннюю обратную связь по напряжению в транзисторе.

Если предположить, что для транзистора задается не ток Iэ, а напряжение U_эб, определяющее напряжение на эмиттерном переходе, то при подаче напряжения U_кб2 > U_кбl концентрация дырок не изменится (р_n1(0)= р_n2(0)) и кривая р_n₂(х) примет вид, показанный на рис. 4.6, б пунктирной линией. Больший наклон пунктирной кривой отражает увеличение эмиттерного тока I_э2 по сравнению с I_э1, а следовательно, и коллекторного тока. В данном случае изменение тока коллектора при проявлении эффекта модуляции базы наблюдается не только за счет изменения коэффициента передачи тока α, но и за счет обратной связи, влияющей на ток эмиттера.

Слайд 16

Некоторое возрастание тока I_к на выходных характеристиках при повышении напряжения U_кб вследствие увеличения коэффициента передачи тока α за счет эффекта модуляции базы (рис. 4.6, а) характеризуется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода , которое может быть найдено из коллекторных характеристик как отношение приращений напряжения и тока. Для маломощных транзисторов величина r_к(б) составляет 0,5 - 1 МОм.

При Iэ = 0 зависимость Iк = F(Uкб) представляет собой обратную ветвь вольт-амперной характеристики коллекторного р-п-перехода. Обратный ток коллекторного перехода определяет составляющую теплового тока I_к0 в коллекторном токе транзистора.

В области II выходные характеристики практически линейны и дифференциальное сопротивление коллекторного перехода r_к(б)можно принять неизменным. Тогда для этой области зависимость Iк = F(Uкб) можно представить в аналитической форме:

(4.11)

Слайд 17

Наличие составляющей теплового тока I_к0 в выражении (4.11) является одной из главных причин температурной зависимости выходных (коллекторных) характеристик транзистора. Влияние температуры приводит к изменению теплового тока I_к0 и смещению характеристик вверх при повышении температуры (пунктирные кривые на рис. 4.6, а) и вниз при ее снижении. Такое же воздействие на коллекторные характеристики (в меньшей степени) оказывает и зависимость от температуры коэффициента передачи тока α. Это обусловлено тем, что в рабочем диапазоне температур наблюдается некоторое увеличение коэффициента передачи тока α с ростом температуры.

Зависимость коэффициента передачи тока α от тока эмиттера в виде кривой с максимумом при некотором токе Iэ приведена на рис. 4.6, в. Увеличение коэффициента передачи тока α и достижение им максимального значения с возрастанием эмиттерного тока объясняется относительным уменьшением числа актов рекомбинаций дырок в базе с ростом количества входящих в нее дырок, т.е. повышением коэффициента переноса δ при увеличении тока Iэ. После достижения максимума последующее уменьшение коэффициента передачи тока α обусловливается уменьшением коэффициента инжекции γ с ростом тока Iэ. Для маломощных транзисторов максимуму коэффициента передачи тока α соответствует ток эмиттера, равный 0,8—3 мА.

Для транзистора существует предел повышения коллекторного напряжения ввиду возможного электрического пробоя коллекторного перехода (область III на рис. 4.6, а), который может перейти в тепловой пробой. Величина допустимого напряжения U_кб указывается в справочниках.

Слайд 18

Входные характеристики транзистора в схеме ОБ

Входные характеристики транзистора в схеме ОБ (рис. 4.7) представляют собой зависимость и по виду близки к прямой ветви вольт-амперной характеристики р- n -перехода (диода).

Рис. 4.7. Входные характеристики транзистора, включенного по схеме ОБ

Входная характеристика, снятая при большем напряжении Uкб, располагается левее и выше. Это обусловливается эффектом модуляции базы, приводящим к повышению градиента концентрации дырок в базе и увеличению тока Iэ.

Схема включения транзистора с общим эмиттером Слайд 19

Схема ОЭ (рис. 4.8). В схеме ОЭ вывод эмиттера является общим для входной и выходной цепей

транзистора. Напряжения питания Uбэ, Uкэ подаются соответственно между базой и эмиттером, а также между коллектором и эмиттером транзистора. Без учета падения напряжения в базовом слое напряжение Uбэ определяет напряжение на эмиттерном переходе. Напряжение на коллекторном переходе находят как разность Uкэ – Uбэ.

Рис. 4.8. Схема включения транзистора с общим эммитером (схема ОЭ)

Слайд 20(1)

Выходные характеристики в схеме с ОЭ

Рис. 4.9. Выходные характеристики транзистора, включенного по схеме ОЭ

Выходные характеристики транзистора в схеме ОЭ определяют зависимость коллекторного тока I_к = F(U_кэ) при I_б = const (рис. 4.9, а). Как и для схемы ОБ, здесь можно выделить три характерные области: I — начальная область, II — относительно слабая зависимость Iк от Uкэ, III — пробой коллекторного перехода.

Коллекторные характеристики транзистора в схеме ОЭ отличаются от соответствующих характеристик в схеме ОБ. В частности, они начинаются из начала координат и участок I располагается в первом квадранте. При U_кэ = 0 напряжение на коллекторном переходе равно U_бэ, коллекторный переход открыт и инжектирует дырки в базу. Потоки дырок через коллекторный переход (от коллектора и базу и от эмиттера в коллектор) взаимно уравновешиваются и ток Iк ≈ 0. По мере повышения напряжения U_кэ в области I прямое напряжение на коллекторном переходе снижается, его инжекция уменьшается и ток Iк возрастает. На границе с областью II прямое напряжение снимается с коллекторного перехода и в области II на переходе действует обратное напряжение. Точке перехода от области I к области II соответствует напряжение Uкэ порядка 0,5—1,5 В.

Слайд 20(2)

Коллекторные характеристики транзистора в схеме ОЭ, записанные в аналитической форме:

, (4.12)

Где — коэффициент передачи тока в схеме ОЭ.

Коэффициент β показывает связь тока коллектора с входным током Iб. Если для транзисторов коэффициент α = 0,9÷0,99, то коэффициент β = 9÷99. Иными словами, транзистор в схеме ОЭ дает усиление по току. Это является важнейшим преимуществом включения транзистора по схеме ОЭ, чем, в частности, определяется более широкое практическое применение этой схемы включения по сравнению со схемой ОБ.

Выражение (4.12) можно переписать в виде

, (4.12 а),

где ;

Так же как и в схеме ОБ, коллекторные характеристики имеют некоторый наклон к оси абсцисс (рис. 4.9, а), вызванный эффектом модуляции базы. Однако этот наклон в схеме ОЭ больше, чем в схеме ОБ, так как малые изменения коэффициента α под действием изменения напряжения на коллекторном переходе дают значительные изменения коэффициента β = α / (1 – α). Указанное явление учитывается вторым слагаемым в правой части уравнения (4.12 а). Дифференциальное сопротивление r _к(э) коллекторного перехода в схеме ОЭ в 1 + β раз меньше дифференциального сопротивления r _к(б) в схеме ОБ и составляет 30—40 кОм.

Слайд 21

Из принципа действия транзистора известно, что через вывод базы протекают во встречном направлении две составляющие тока (см. рис. 4.8): обратный ток коллекторного перехода I _к0 и часть тока эмиттера (1 – α)I_э. В связи с этим нулевое значение тока базы (Iб = 0) определяется равенством указанных составляющих токов, т.е. (1 – α)I_э = I_ко. Нулевому входному току соответствуют ток эмиттера I_э = I_к0/(1 – α) = (1 + β)I_к0 и ток коллектора I_к = αI_э + I_к0 = αI_к0/(1 – α) + I_к0 = (1 + β)I_к0. Иными словами, при нулевом токе базы через транзистор в схеме ОЭ протекает ток, называемый начальным или сквозным током Iк0(э) и равным (1 + β)Iк0.

Этим обусловливается наличие третьей составляющей тока Iк в выражениях (4.12) и (4.12 а). Таким образом, ток коллектора при входном токе, равном нулю, в схеме ОЭ в 1 + β раз больше, чем в схеме ОБ.

Если же эмиттерный переход перевести в непроводящее состояние, т.е. подать напряжение Uбэ ≥ 0, то ток коллектора снизится до I_к0 (рис. 4.9, а) и будет определяться обратным (тепловым) током коллекторного перехода, протекающим по цепи база — коллектор. Область характеристик, лежащая ниже характеристики, соответствующей Iб = 0, называют областью отсечки.

Коллекторные характеристики в схеме ОЭ, так же как и в схеме ОБ, подвержены температурным смещениям. Однако температурные воздействия здесь проявляются сильнее, чем в схеме ОБ. Это обусловлено, во-первых, наличием множителя 1 + β перед Iк0 в формуле (4.12) и, во-вторых, более сильными температурными изменениями коэффициента β = α / (1 – α) при относительно малых температурных изменениях коэффициента α.

Необходимо указать и на тот факт, что в схеме ОЭ пробой коллекторного перехода наступает при коллекторном напряжении в 1,5—2 раза меньшем, чем в схеме ОБ.

Слайд 22

Дата добавления: 2019-09-13; просмотров: 198; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!