1.6. Статические характеристики и коэффициент передачи тока в различных схемах включения

Схема с общей базой

П ри включении транзистора по схеме с общей базой (рис. 1.10) входным является ток эмиттера, а выходным – коллектора. Коэффициент передачи тока в этом случае определяется формулой: (1).

Семейство входных статических характеристик, то есть зависимость I_Э от U_ЭБ при фиксированных значениях U_КБ, описывается выражением:

. (2)

Если U_КБ = 0, то (рис. 1.11, кривая 1). При U_КБ < 0и U_ЭБ = 0 эмиттерный ток, как следует из формулы (2) отличается от нуля. Обычно при работе транзистора в режиме усиления , но тогда , а . Таким образом, в рассматриваемой ситуации в базе транзистора существует градиент концентрации дырок и I_Э не равно 0. Для компенсации этого тока на эмиттерный переход необходимо подать смещение в запорном направлении (рис. 1.11, кривая 2). Семейство выходных характеристик (зависимость I_К от U_КБ при фиксированных значениях I_Э ) описывается формулой (3) :

. (3)

В том случае, когда I_Э = 0 и U_ЭБ = 0, а U_ЭБ < 0, выходная характеристика подобна вольт - амперной характеристике обратно смещенного p-n-перехода, то есть

. (4)

где ;

;

– площадь коллекторного перехода.

На рис. 1.12 этому выражению соответствует кривая 1. Поскольку , то , последним членом в уравнении (2) можно пренебречь. Кроме того, обычно . С учетом этих обстоятельств из выражения (2) следует, что:

,

где ;

– площадь эмиттерного перехода.

Тогда, полагая, что , можно выражение (3) переписать в виде:

. (5)

Здесь предполагается, что и .

Полученное соотношение устанавливает связь выходного тока с током эмиттера, который выступает здесь в качестве параметра. Из уравнений (4) и (5) следует, что при U_КБ = 0, I_К0 = 0, а . Для компенсации потока дырок из эмиттерного в коллекторный переход на последний необходимо подать напряжение смещения в пропускном направлении. В связи с этим все выходные характеристики при I_Э, не равному 0, начинаются в области положительных значений U_КБ (рис. 1.12, кривые 2 и 3). Поскольку , , то из формулы (5) видно, что I_К и I_Э фактически не зависят от U_КБ в области его отрицательных значений. При достаточно больших обратных смещениях на коллекторном переходе в нем развивается обычно лавинный пробой, и на выходной характеристике появляется участок резкой зависимости I_К от U_КБ (рис. 1.12). Большой ток может протекать через транзистор и в случае прокола базы, когда эмиттерный и коллекторный переходы сомкнутся за счет расширения ООЗ последнего при увеличении U_КБ.

Схема с общим эмиттером

На практике довольно часто используются транзисторы, включенные по схеме с общим эмиттером (рис. 1.13). В этой схеме входным является ток базы, а выходным, как и в предыдущем случае, ток коллектора. В соответствии с определением коэффи­циента передачи тока для схемы с общим эмиттером будем иметь , но , и, следовательно,

. (6)

Отсюда видно, что В0 должен быть значительно больше а0. Действительно, при , . Поскольку рассматриваемая схема включения транзистора отличается от схемы с общей базой только тем, что вместо базы заземляется эмиттер, то для описания входных и выходных характеристик можно воспользоваться соотношениями, полученными в предыдущем разделе. Исходя из этого, для тока базы с учетом уравнения (5) можно записать:

. (7)

Поскольку при выводе формулы (5) мы полагали, что , то первая составляющая тока в выражении (7) обусловлена электронами, входящими в базу транзистора для компенсации их потерь на рекомбинацию с инжектированными из эмиттера дырками. Вторая составляющая тока связана с электронами, которые выбрасываются в базу обратно смещенным коллектором, частично компенсируя потери на рекомбинацию. Электронный ток через эмиттер при записи выражений (5) и (7) не учитывался. Анализ общего вида входных характеристик, представляющих собой зависимость I_Б от U_БЭ при фиксированных значениях U_КЭ, проведем на основе выражения (7), учитывая, что .

Если U_КЭ = 0, то входная характеристика должна изображаться кривой, выходящей из начала координат (рис. 1.14, кривая 1), так как при , U_КБ и I_К0 также равны нулю. При U_КЭ < 0 и коллектор должен быть смещен в запорном направлении. Тогда при , I_Б = - I_К0, то есть начало входной характеристики располагается в области отрицательных значений тока (рис. 1.14, кривая 2). В целом ход зависимости I_Б от определяется эмиттерным током , и по своей форме входные характеристики подобны вольт-амперной характеристике р-n-перехода, смещенного в пропускном направлении. Подставляя в формулу (5) вместо I_Э сумму , после несложных преобразований получим:

, (8)

где .