Если ток эмиттера равен нулю, то зависимостьпредставляет собой характеристику электронно-дырочного перехода: в цепи коллектора протекает небольшой собственный обратный ток IКо.
При прямом напряжении коллектора ток изменяет направление и резко возрастает — открывается коллекторный переход (в целях наглядности на рис. 5-2 для положительных напряжений взят более крупный масштаб).
Рис 5-2
Если же в цепи эмиттера создан некоторый ток Iэ, то уже при нулевом напряжении коллектора в его цепи в соответствии протекает ток Iк=I’э обусловленный инжекцией дырок из эмиттера. Поскольку этот ток вызывается градиентом концентрации дырок в базе, для его поддержания коллекторного напряжения не требуется. Рис 5-3
При подаче на коллектор обратного напряжения ток его несколько возрастает за счет появления собственного тока коллекторного перехода IКБ0 и некоторого увеличения коэффициента переноса v, вызванного уменьшением толщины базы.
При подаче на коллектор прямого напряжения появляется прямой ток коллекторного перехода. Так как он течет навстречу току инжекции Iэ, то результирующий ток в цепи коллектора с ростом прямого напряжения до величины UK0 быстро уменьшается до нуля, затем при дальнейшем повышении прямого напряжения коллектора приобретает обратное направление и начинает быстро возрастать.
Если увеличить ток эмиттера до значения , то характеристика сместится пропорционально вверх на величину
На рис. 5-2,б представлены реальные выходные характеристики транзистора КТ3107, они имеют такой же вид, как и теоретические, с учетом поправок.
Коэффициент передачи тока эмиттера. Как показывает опыт, коэффициент передачи тока зависит от величины тока эмиттера (рис. 5-)
С ростом тока эмиттера увеличивается напряженность внутреннего поля базы, движение дырок на коллектор становится более направленным, в результате уменьшаются рекомбинационные потери на поверхности базы, возрастает коэффициент переноса , а следовательно, и . При дальнейшем увеличении тока эмиттера снижается коэффициент инжекции и растут потери на объемную рекомбинацию, поэтому коэффициент передачи тока начинает уменьшаться.
В целом зависимость коэффициента передачи тока от тока эмиттера в маломощных транзисторах незначительна, в чем можно убедиться, обратив внимание на масштаб по вертикальной оси рис.(5-3).
В транзисторах, работающих при высокой плотности тока, наблюдается значительное падение напряжения вдоль базы, обусловленное током базы; в результате напряжение в точках эмиттерного перехода, удаленных от вывода базы, оказывается заметно меньшим, чем в близлежащих. Поэтому эмиттерный ток концентрируется по периметру эмиттера ближе к выводу базы, эффективная площадь эмиттера получается меньше, чем при равномерной инжекции, и коэффициент быстро надает с ростом тока эмиттера.
Для ослабления указанного явления применяют электроды, имеющие высокое отношение длины периметра к площади: кольцевые и гребенчатые.
Схема с общим эмиттером
Ранее были рассмотрены статические характеристики транзистора, включенного по схеме с общей базой, когда общая точка входной и выходной цепей находится на базовом электроде. Другой распространенной схемой включения транзистора является схема с общим эмиттером, в которой общая точка входной и выходной цепей соединена (рис. 5-4).
Входным напряжением в схеме с общим эмиттером является напряжение базы измеряемое относительно эмиттерного электрода. Для того чтобы эмиттерный переход был открыт, напряжение базы должно быть отрицательным (рассматривается транзистор типа р-n-р).
Выходным напряжением в схеме с общим эмиттером является напряжение коллектора измеряемое относительно эмиттерного электрода. Для того чтобы коллекторный переход был закрыт, напряжение коллектора должно быть большим по величине, чем прямое напряжение базы.
Отметим, что в схеме с общим эмиттером в рабочем режиме, когда транзистор открыт, полярность источников питания базы и коллектора одинакова.
r Бо r ко
r эо
E 1 E 2
Рис. 5-4
Входные характеристики. Входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером представляют собой зависимость тока базы от напряжения при ;
Ток коллектора равен: Iк= Iкбо + h21БIэ
Исключив ток эмиттера, получим:
Iк= Iкбо / (1+ h21Б) – h21Б / (1+ h21Б)*IБ (5.4)
Первый член называется обратным током коллектор – эмиттер при токе базы =0, т. е. разомкнутой базе.Этот ток обозначают Iкэо. Таким образом:
Iкэо = Iкбо / (1+ h21Б) (5.5)
Так как коофичент h21Б отрицателен, а по абсолютной величине очень близок к единице и может достигать 0,980 - 0,995, ток Iкэо в 50-200 раз больше тока Iкбо.
Множитель при втором члене в уравнении (5.4) является коофицинтом передачи тока в схеме с ОЭ в режиме больших сигналов:
h21Э =- h21Б /(1+ h21Б) (5.6)
Выразим коофицент h21Б через токи Iк, Iэ, и IкБо:
h21Б =-( Iк – IкБо )/ Iэ (5.7)
Подставив это выражение в уравнение (5.6), получим:
h21Э =( Iк – IкБо)/( IБ + IкБо) (5.8)
Когда ток коллектора Iк велик по сравнению с током IкБо,
h21Э ≈ Iк / IБ (5.9)
В реальном транзисторе добавляются токи утечки и термотоки переходов, поэтому обратный ток базы закрытого транзистора
(5.10)
Входные характеристики транзистора показаны на рис. 5-5. При обратном напряжении базы и коллектора, т. е. в закрытом транзисторе, согласно выражению (5.10), ток базы является в основном собственным током коллекторного перехода . Поэтому при уменьшении обратного напряжения базы до нуля ток базы сохраняет свою величину: .
При подаче прямого напряжения на базу открывается эмиттерный переход и в цепи базы появляется рекомбинационная составляющая тока . Ток базы в этом режиме в соответствии с выражением ; при увеличении прямого напряжения он уменьшается вначале до нуля, а затем изменяет направление и возрастает почти экспоненциально.
Рис 5-5 Рис 5-6
Когда на коллектор подано большое обратное напряжение, оно оказывает незначительное влияние на входные характеристики транзистора. Как видно из рис. 5-5, при увеличении обратного напряжения коллектора входная характеристика лишь слегка смещается вниз, что объясняется увеличением тока поверхностной проводимости коллекторного перехода и термотока.
При напряжении коллектора, равном нулю, ток во входной цепи значительно возрастает по сравнению с рабочим режимом ,потому что прямой ток базы в данном случае проходит через два параллельно включенных перехода— коллекторный и эмиттерный. В целом уравнение (5.12) достаточно точно описывает входные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером, но для кремниевых транзисторов лучшее совпадение получается, если .
Коэффициент передачи тока базы. Найдем зависимость тока коллектора от тока базы с помощью выражений:
,
или (5.12)
Величина (5.13)
называется коэффициентом передачи тока базы. Поскольку коэффициент передачи тока эмиттера близок к единице, значение обычно лежит в пределах от 10 до 1000 и более.
Коэффициент передачи тока базы существенно зависит и от тока эмиттера (рис. 5-6). С ростом тока эмиттера коэффициент передачи тока базы вначале повышается вследствие увеличения напряженности внутреннего поля базы, ускоряющего перенос дырок через базу к коллектору и этим уменьшающего рекомбинационные потери на поверхности базы.
При значительной величине тока эмиттера коэффициент передачи тока базы начинает падать за счет снижения коэффициента инжекции, уменьшения эффективной площади эмиттера и увеличения рекомбинационных потерь в объеме базы.
Перечисленные причины обусловливают, как указывалось, небольшую зависимость коэффициента передачи тока эмиттера а от тока эмиттера Iэ (см. рис.5-3). Но коэффициент передачи тока базы при изменении тока эмиттера может изменяться в несколько раз, поскольку в выражении (5.13) в знаменателе стоит разность близких величин .
Введя обозначение для коэффициента передачи тока базы в выражение (5.12), получим основное уравнение, определяющее связь между токами коллектора и базы в схеме с общим эмиттером:
(5.14)
Выходные характеристики. Выходные характеристики транзистора в схеме с общим эмиттером при определяются соотношением (5.14) и изображены на рис. 5-7. Минимально возможная величина коллекторного тока получается в том случае, когда закрыты оба перехода - и коллектора базы в этом случае согласно выражению (5.10)
(5.15)
где - ток эмиттера закрытого транзистора. Рис. 5-7
Ток коллектора закрытого транзистора в соответствии с выражениями (5.14) и (5.15)
(5.16)
Ввиду малости тока эта характеристика не видна, она совпадает с осью напряжений.
При токе базы, равном нулю, что имеет место при небольшом прямом напряжении базы, когда рекомбинационная составляющая тока базы равна обратному току коллекторного перехода . коллекторный ток в соответствии с выражением (5.14)
(5.17)
С ростом коллекторного напряжения заметно увеличение этого тока вследствие увеличения коэффициента передачи тока базы .
При токе базы выходная характеристика транзистора смещается вверх на величину . Соответственно выше идут характеристики при больших токах базы , и т. д. Ввиду зависимости коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера расстояние по вертикали между характеристиками не остается постоянным: вначале оно возрастает, а затем уменьшается.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8
