(4.4)
где ток , выражается в миллиамперах.
Сопротивление коллектора представляет собой практически сопротивление коллекторного перехода и составляет единицы и десятки килоОм. В него входит также сопротивление коллекторной области, но оно сравнительно мало и им можно пренебречь.
Схема на рис (4-3) является весьма приближенной, так как на самом деле эмиттер, база и коллектор имеют между собой контакт не в одной точке, а во множестве точек по всей площади переходов.
r эо r ко
r Бо
E 1 E 2
Рис (4-3) Эквивалентная схема транзистора для постоянного тока
При повышении напряжения на коллекторном переходе в нем происходит лавинное размножение носителей заряда, являющееся главным образом результатом ударной ионизации. Это явление и туннельный, эффект могут вызвать электрический пробой, который при возрастании тока может перейти в тепловой пробой перехода.
Изменение напряжений на коллекторном и эмиттерном переходах сопровождается изменением толщины этих переходов. В результате изменяется толщина базы. Такое явление называют модуляцией толщины базы. Его особенно надо учитывать при повышении напряжения коллектор - база, так как тогда толщина коллекторного перехода возрастает, а толщина базы уменьшается. При очень тонкой базе может произойти эффект смыкания («прокол» базы) - соединение коллекторного перехода с эмиттерным. В этом случае область базы исчезает, и транзистор перестает нормально работать.
При увеличении инжекции носителей из эмиттера в базу происходит накопление неосновных носителей заряда в базе. т. е. увеличение концентрации и суммарного заряда этих носителей. Наоборот, при уменьшении инжекции происходит уменьшение концентрации и суммарного заряда неосновных носителей в ней. Этот процесс называют рассасыванием носителей заряда в базе.
В ряде случаев необходимо учитывать протекание по поверхности транзистора токов утечки, сопровождающееся рекомбинацией носителей в поверхностном слое областей транзистора.
Установим соотношения между токами в транзисторе. Ток эмиттера управляется напряжением на эмиттерном переходе, но до коллектора доходит несколько меньший ток, который можно назвать управляемым коллекторным током, так как часть инжектированных из эмиттера в базу носителей рекомбинирует. Поэтому
(4.5)
где - коэффициент передачи тока эмиттера, являющийся основным параметром транзистора: он может иметь значения от 0,950 до 0,998.
Чем слабее рекомбинация инжектированных носителей в базе, тем ближе к 1. Через коллекторный переход, всегда проходит еще очень небольшой (не более единиц микроампер) неуправляемый обратный ток (рис. 4-4), называемый начальным током коллектора. Он неуправляем потому, что не проходит через эмиттерный переход. Таким образом, полный коллекторный ток
(4.6)
Во многих случаях , и можно считать, что . Если надо измерить, то это делают при оборванном проводе эмиттера. Действительно, из формулы (4.6) следует, что при ток .
Преобразуем выражение (4.6) так, чтобы выразить зависимость тока от тока базы Заменим , суммой: где: - ток коллектора
-ток базы
-ток эмиттера
Рис. 4-4. Токи в транзисторе
Решим уравнение относительно .
Тогда получим:
Обозначим:
и
и напишем окончательное выражение
(4.7)
Здесь является коэффициентом передачи тока базы и составляет десятки единиц. Например, если = 0,95, то
а если коэффициент = 0,99, т. е. увеличился на 0,04, то
т. е. увеличивается в 5 с лишним раз!
Таким образом, незначительные изменения приводят к большим изменениям . Коэффициент так же, как и , относится к важным параметрам транзистора. Если известен то можно всегда определить по формуле
(4.8)
Ток называют начальным сквозным током, так как он протекает сквозь весь транзистор (через три его области и через оба n-p-перехода) в том случае, если , т. е. оборван провод базы. Действительно, из уравнения (4.7) при получаем . Этот ток составляет десятки или сотни микроампер и значительно превосходит начальный ток коллектора .Ток , и, зная, что , нетрудно найти . А так как , то
(4.9)
Значительный ток объясняется тем, что некоторая небольшая часть напряжения приложена к эмиттерному переходу в качестве прямого напряжения. Вследствие этого возрастает ток эмиттера, а он в данном случае и является сквозным током.
При значительном повышении напряжения , ток резко возрастает и происходит электрический пробой. Следует отметить, что если , не слишком мало, при обрыве цепи базы иногда в транзисторе может наблюдаться быстрое, лавинообразное увеличение тока, приводящее к перегреву и выходу транзистора из строя (если в цепи коллектора нет резистора, ограничивающего возрастание тока). В этом случае происходит следующий процесс: часть напряжения , действующая на эмиттерном переходе, увеличивает ток , и равный ему ток , на коллекторный переход поступает больше носителей, его сопротивление и напряжение на нем уменьшаются и за счет этого возрастает напряжение на эмиттерном переходе, что приводит к еще большему увеличению тока, и т. д. Чтобы этого не произошло, при эксплуатации транзисторов запрещается разрывать цепь базы, если не выключено питание цепи коллектора. Надо также сначала включить питание цепи базы, а потом цепи коллектора, но не наоборот.
Если надо измерить ток , то в цепь коллектора обязательно включают ограничительный резистор и производят измерение при разрыве провода базы.
3. Статические характеристики биполярного транзистора.
Схема с общей базой
В зависимости от того, какой электрод транзистора является общим для входного и выходного сигналов, различают три схемы включения транкзистора: общей базой (ОБ) с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК).
r эо r ко
r Бо
E 1 E 2
Рис. 5
Входные характеристики транзисторов в схеме с общей базой при определяются зависимостью (5):
(5)
При большом обратном напряжении коллектора () ток мало зависит от коллекторного напряжения. На рис. 5-1,а показаны реальные входные характеристики кремневого транзистора. Они соответствуют теоретической зависимости (5.1), подтверждается и вывод о слабом влиянии коллекторного напряжения на ток эмиттера.
Рис 5-1
Входная статическая характеристика при UКБ = 0 (нулевая) подобна обычной характеристике полупроводникового диода, включенного в прямом направлении. При подаче отрицательного коллекторного напряжения входная характеристика смещается влево. Это свидетельствует о наличии в транзисторе внутренней обратной связи. Обратная связь возникает в основном из-за сопротивления базы. В схеме с ОБ сопротивление базы является общим для входной и выходной цепей.
При подаче или увеличении коллекторного напряжения появляется или увеличивается IКБo. Кроме этого уменьшается Iэ.рек, так как при увеличении коллекторного напряжения происходит расширение коллекторного перехода и ширина базы уменьшается. Поэтому напряжение Uэб, приложенное к эмиттеру, при увеличении Uкб возрастает, что и объясняет увеличение тока эмиттера и смещение влево входной статической характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой.
Выходные, или коллекторные, статические характеристики представляют собой зависимости Ik = f(Uкб) при Iэ=const. Несмотря на то, что напряжение на коллекторе для транзистора p-n-р отрицательно, характеристики для удобства принято изображать в положительных осях координат. Нулевая выходная характеристика (IЭ = 0) является обычной характеристикой диода, включенного в обратном направлении. Увеличение тока эмиттера ведет к сдвигу выходной характеристики.
Как известно, при появлении тока эмиттера ток коллектора увеличивается на величину IK = αIэ ~Iэ. Ток IK можно рассматривать как искусственно созданный дополнительный ток неосновных носителей коллекторного перехода.
Поэтому на основании формулы (5.1), где I0 = Ik, можно утверждать, что любая выходная характеристика транзистора с (ОБ) представляет собой ВАХ полупроводникового диода, смещенную по оси обратного тока на величину Iк.
(5.1)
Начальная область входных характеристик, построенная в соответствии с теоретической зависимостью (5.1), показана на рис.(5-1 а) крупным масштабом (в окружности). Отмечены токи I11 и I12, а также эмиттерный ток закрытого транзистора.
Входные характеристики кремниевого транзистора показаны на pиc. 5-1,б. Они смещены от нуля в сторону прямых напряжений; как и у кремниевого диода, смещение равно 0,6—0,7 В. По отношению к входным характеристикам германиевого транзистора смещение составляет 0,4 В.
Выходные характеристики.
Теоретические выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой при IЭ=const определяются зависимостью (5.2):
(5.2)
Они представлены на рис. 5-2,а. Вправо по горизонтальной оси принято откладывать рабочее, т. е. обратное, напряжение коллектора (отрицательное для транзисторов типа р-n-р и положительное для транзисторов типа n-р-n). Значения протекающего при этом тока коллектора откладывают по вертикальной оси вверх. Такой выбор осей координат выгоден тем, что область характеристик, соответствующая рабочим режимам, располагается при этом в первом квадранте, что удобно для расчетов.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
