4.2 Схемы включения биполярного транзистора

Биполярный транзистор является активным прибором, позволяющим осуществ­лять усиление электрических сигналов. В конкретных электронных схемах он включается как четырехполюсник, у которого имеются входная и выходная цепи. Один из электродов транзистора является общим.

Возможны три схемы включе­ния: схема с общей базой (ОБ), схема с общим эмиттером (ОЭ) и схема с общим коллектором (ОК).

Для обозначения напряжений, подаваемых на электроды транзистора, использу­ют двойные индексы. Первый индекс идентифицирует электрод, на который по­дается напряжение, измеряемое относительно общего электрода, обозначаемого вторым индексом. Например, - напряжение между коллектором и эмиттером, — напряжение между коллектором и базой и т. д.

На рисунке показана полярность напряжений, соответствующая активному режиму работы транзистора, и направления токов в этом режиме (для транзисторов типа р-п-р полярность на­пряжений и направления токов противоположны).

3. Статические характеристики биполярного транзистора

Зависимости между токами и напря­жениями в транзисторах выражаются статическими характеристиками транзи­сторов, снятыми при постоянном токе и отсутствии нагрузки в выходной цепи. Характеристики необходимы для рас­смотрения свойств транзисторов и для практических расчетов транзисторных схем.

В транзисторах взаимно связаны всегда четыре величины: i₁ i₂, и₁ и₂ — входные и выходные токи и напряжения. Одним семейством характеристик эту зависимость показать нельзя. Необходи­мо два семейства. Наиболее удобно рас­сматривать семейство входных характе­ристик вместе с семейством выходных характеристик.

Для каждой из трех схем включения транзистора существует свое семейство характеристик. Пользуясь характеристи­ками, надо обращать внимание на то, к какой схеме они относятся. Мы рас­смотрим основные характеристики для наиболее распространенной схемы — с об­щим эмиттером и с общей базой. Эти характеристики приводятся в справоч­никах.

Входные характеристики - определяют связь входного тока с входным напряжением при постоянном выходном напряжении.

В схеме с ОБ – это зависимость при постоянных значениях напряжения , которое является параметром семейства входных характеристик. Типичное семейство входных характеристик для маломощного n-p-n транзистора показано на рисунке 4.15.

Отрицательные значения напряжения соответствуют прямому включению эмиттерного перехода. Характеристика для =0 практически совпадает с характеристикой р-n-перехода.

В схеме ОЭ входные характеристики (рис. 4.16) – это зависимости с параметром .

При напряжении и оба перехода включены в прямом направлении, транзистор работает в режиме насыщения, электроны инжектируются в базу как из эмиттера, так и из коллектора. Поэтому при заданном напряжении входной ток, определяемый инжекцией дырок из базы в коллектор и эмиттер, а также рекомбинацией электронов в базе, имеет наибольшее значение. При повышении напряжения транзистор переходит в активный режим. Входной ток уменьшается, так как прекращается инжекция дырок из базы в коллектор и уменьшается ток рекомбинации из-за снижения заряда электронов в базе. При дальнейшем повышении напряжения входной ток уменьшается из-за снижения толщины базы и тока рекомбинации.

Выходные характеристики – это зависимости выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе, являющимся параметром.

Для схемы ОБ семейство выходных характеристик n-p-n транзистора представлено на рис. 4.17. Здесь параметром служит ток эмиттера.

Область характеристик при соответствует активному режиму. Область характеристик при относится к режиму насыщения, где с ростом прямого напряжения коллекторного перехода экспоненциально возрастает его ток инжекции, направленный противоположно току коллектора, поэтому полный ток коллектора уменьшается и может даже изменить направление. При больших напряжениях ток резко возрастает вследствие пробоя коллекторного перехода. Для коллекторного перехода характерен лавинный пробой, что объясняется низкой концентрацией примесей в коллекторе.

Для схемы ОЭ семейство выходных характеристик n-p-n транзистора приведено на рис. 4.18. Здесь параметром является ток базы.

Пологий участок характеристик, где соответствует активному режиму. На этом участке ток коллектора заметно увеличивается с ростом напряжения . Крутые участки характеристик при малых напряжениях соответствуют режиму насыщения. При больших напряжениях наблюдается резкое увеличение тока, обусловленное пробоем.