Студопедия

КАТЕГОРИИ:

АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника


Статические характеристики биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером




 

Входные ВАХ БТ в схеме с общим эмиттером представляют собой зависимости

 

IБ = IБ(UБЭ) при UКЭ = const . (24)

 

Они показаны на рисунке 5а. Активный режим p-n-p транзистора в схеме с общим эмиттером реализуется при UБЭ<0, UКЭ<0 и |UБЭ|<|UКЭ|. В соответствии с (16) IБ = (1-α)IЭ – IКБО . При UБЭ→0, IЭ→0 и IБ→-IКБО (см рис 5А). При достаточно больших токах эмиттера основную часть тока базы составляет компонента (1-α)IЭ, в которой, в свою очередь, ведущей является рекомбинационная составляющая (1-χ)γIЭ (см. рис. 3В). Поскольку ток эмиттера экспоненциально зависит от напряжения UБЭ, то входные характеристики (24) при достаточно больших IЭ должны напоминать прямую ветвь ВАХ p-n перехода (см. рис. 5А). При UБЭ = const и увеличении |UКЭ| объём базы уменьшается (эффект Эрли), уменьшается и рекомбинационная составляющая базового тока (главным образом за счёт уменьшении рекомбинации по объёму базы). Это приводит к небольшому сдвигу входных характеристик вниз по оси токов.

При UБЭ<0 и UКЭ=0 оба перехода включены одинаково – в прямом направлении. Транзистор работает в режиме насыщения. Дырки инжектируются в базу как из эмиттера, так и из коллектора. При этом ток во входной цепи значительно выше, чем в активном режиме. Кривая для UКЭ=0 на рис. 5А должна идти значительно выше остальных, но масштаб по оси токов на рисунке не выдержан.

Воспользовавшись сечением семейства входных ВАХ плоскостями IБ = const, путём перестроения легко получить характеристики обратной связи по напряжению БТ в схеме с общим эмиттером:

 

 


Рис. 5. Статические характеристики p-n-p биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером (схематически):

а – входные характеристики;

б – характеристики обратной связи по напряжению;

в – распределение концентрации дырок в базе в активном режиме при постоянном токе базы и различных коллекторных напряжениях;

г – выходные ВАХ

д – характеристики передачи тока;

е – зависимость коэффициента передачи тока базы b от тока эмиттера.

 

UБЭ = UБЭ(UКЭ) при IБ = const . (25)

Они показанные схематически на рисунке 5Б. Поведение кривых можно понять, опираясь на рисунок 5В. При увеличении |UКЭ| уменьшается объём базы. Чтобы ток базы оставался неизменным, должно оставаться постоянным полное количество дырок в базе, так как основная часть IБ – это рекомбинационная составляющая IRV. Поэтому для поддержания постоянным тока базы необходима более высокая концентрация дырок у эмиттера, то есть большее значение |UБЭ|.

Семейство выходных ВАХ БТ в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

 

IК = IК (UКЭ) при IБ = const. (26)

 

Они показаны на рисунке 5Г и заметно отличаются от выходных ВАХ транзистора в схеме с ОБ. Пологий участок характеристики соответствует активному режиму, когда вне зависимости от схемы включения транзистора выполняется равенство (12)

 

.

 

Заменив в нём в соответствии с первым законом Кирхгофа ток эмиттера на сумму токов коллектора и базы

 

, (27)

 

и разрешив затем относительно IК, получим связь между током коллектора и током базы

 

(28)

 

Введём обозначение

(29)

 

и с учетом (18) перепишем (28) в виде

 

(30)

 

Это очень важное равенство. Являясь следствием формулы (12), оно удобно для анализа активного режима БТ, включенного по схеме с ОЭ. Величину β >> 1, определяемую формулой (29), называют коэффициентом передачи тока базы. Наряду с коэффициентом α это важнейший статический параметр, характеризующий усилительные свойства биполярного транзистора. В схеме с ОЭ усиление по току БТ может достигать нескольких десятков, что является важнейшим преимуществом этой схемы включения транзистора. Ток IКЭО – это сквозной ток транзистора при холостом ходе во входной цепи (IБ=0), на что указывает последний индекс О. Средний индекс Э указывает на схему включения с общим эмиттером, а индекс К – что это ток коллектора. Общий вид выходной ВАХ БТ в схеме с ОЭ напоминает обратную ветвь ВАХ диода. Однако в соответствии с (30) кривые располагаются тем выше, чем больше ток базы. В отличие от выходных характеристик БТ в схеме с ОБ, выходные ВАХ в схеме с ОЭ почти полностью располагаются в первом квадранте и имеют значительно больший наклон. Дифференциальное сопротивление коллектора

при IБ= const (31)

почти на два порядка ниже, чем в схеме с ОБ. Это объясняется тем, что при увеличении |UКЭ| для поддержания неизменным тока базы должен возрастать ток эмиттера, что в свою очередь приводит к увеличению тока коллектора (см. пояснение к рис 5В). Таким образом, влияние модуляции ширины базы в схеме с ОЭ сказывается гораздо сильнее, чем в схеме с ОБ. (В своё время именно это называлось эффектом Эрли). Когда выходное напряжение становится ниже входного (|UКЭ|<|UБЭ|), коллекторный переход оказывается включенным в прямом направлении и транзистор переходит в область насыщения. На рисунке 5Г граница области насыщения отмечена пунктирной кривой. Для поддержания тока базы на фиксированном уровне в режиме двойной инжекции необходимо снижать напряжение UБЭ. Это сопровождается уменьшением IЭ и, соответственно, уменьшением тока коллектора. В результате выходные характеристики в области насыщения имеют резкий спад. Можно показать, что все крутые участки пересекают ось напряжений в точке |UКЭ| = U0 = φТ ln(1/αI), где αI - коэффициент передачи тока в активном инверсном режиме. При Т= 300К и αI ≈ 0,1 имеем U0 ≈ 0,063 В. При этом напряжении ток дырок, собираемых коллектором из базы, полностью компенсируется противоположно направленным током инжекции коллекторного перехода, и потому результирующий ток коллектора обращается в ноль. Ток коллектора при равном нулю входном токе IБ=0, обозначаемый через IКЭО, является неуправляемой частью выходного тока БТ в схеме с ОЭ. Согласно (18) и (29)

IКЭО = (1+β) IКБО , (32)

 

т.е. значительно больше, чем неуправляемая часть выходного тока в схеме с ОБ. Обсудим это обстоятельство подробнее. Коллекторный переход экстрагирует генерируемые в базе дырки. Образующиеся одновременно с ними электроны оказываются в энергетической яме (см. рис. 3А) и не могут покинуть область базы, так как цепь базы разомкнута. Кроме того, поле коллекторного перехода перебрасывает в базу электроны, генерируемые в области коллектора и ОПЗ коллекторного перехода. В результате в базе за единицу времени скапливается количество электронов, соответствующее величине тока IКБО. Для рекомбинации с этими электронами через эмиттерный переход должны инжектироваться дырки – база должна оставаться в целом электронейтральной. Это означает, что эмиттерный переход оказывается включенным под небольшое прямое напряжение, являющееся частью выходного напряжения UКЭ (напряжение UКЭ распределяется между коллекторным и эмиттерным переходами). Из-за малой толщины базы количество дырок, рекомбинирующих в базе в единицу времени, соответствует величине (1-α)IЭ. В установившемся режиме для поддержания электронейтральности базы ток эмиттера должен быть таким, чтобы выполнялось равенство

 

. (33)

 

При этом IК = IКЭО = IЭ (при IБ=0) оказывается много больше тока IКБО в полном соответствии с (18). Полезно также сопоставить равенство (33), полученное из соображений баланса зарядов в базе, с выражением (16) для тока базы в активном режиме

 

IБ = (1-α) IЭ – IКБО.

 

Легко видеть, что при выполнении условия (33) ток базы действительно равен нулю.

При больших напряжениях UКЭ наблюдается резкое увеличение IК, обусловленное пробоем коллекторного перехода. Напряжение пробоя БТ в схеме с ОЭ значительно меньше напряжения пробоя уединенного коллекторного перехода и сильно зависит от сопротивления RБ, включенного в цепь базы. При разомкнутой входной цепи (IБ=0, RБ → ∞) напряжение пробоя оказывается минимальным и обозначается . Можно показать, что

. (34)

 

Показатель корня n тот же, что и показатель степени в формуле

 

, (35)

 

описывающей зависимость коэффициента лавинного умножения М коллекторного перехода от приложенного к нему обратного напряжения. Понижение напряжения пробоя в схеме с ОЭ объясняется проявлением внутренней положительной обратной связи в транзисторе, обсуждавшейся выше.

Итак, в схеме с общим эмиттером по сравнению со схемой с ОБ выходные характеристики в пологой части идут круче, неуправляемый выходной ток больше, а пробивное напряжение меньше.

На рисунке 5Д показаны статические характеристики передачи тока БТ в схеме с ОЭ, которые легко получить перестроением семейства выходных характеристик, воспользовавшись сечением UКЭ = const. Масштабы по осям токов существенно различны, поскольку усиление по току БТ в схеме с ОЭ может быть значительным и IК >> IБ . При UКЭ =0 транзистор работает в режиме двойной инжекции и ток коллектора p-n-p транзистора направлен в сторону базы (IК<0). Заметная нелинейность характеристик прямой передачи по току отражает достаточно сильную зависимость коэффициента β от уровня инжекции эмиттера (рис 5Е).

 


Поделиться:

Дата добавления: 2015-08-05; просмотров: 296; Мы поможем в написании вашей работы!; Нарушение авторских прав





lektsii.com - Лекции.Ком - 2014-2024 год. (0.006 сек.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав
Главная страница Случайная страница Контакты