7.1.1 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільною базою

Теоретично статичні характеристики БТ в ССБ можуть бути одержані за допомогою рівнянь Еберса – Молла. Але в цих рівняннях не враховують опір бази і модуляцію її товщини залежно від зміни напруги .

Тому на практиці застосовують експериментально зняті статичні характеристики. Схему для зняття характеристик БТ зі спільною базою зображено на рисунку 7.2.

Рисунок 7.2 – Схема лабораторного заняття статичних характеристик БТ зі спільною базою

Слід зауважити, що при одержанні характеристик для транзистора потрібно змінити полярність напруги і .

Вихідні характеристики

Це залежності . Графіки сім’ї характеристик показано на рисунку 7.13.

Рисунок 7.3 – Статичні вхідні характеристики

БТ зі спільною базою

При =0 (колектор замкнено з базою) вхідна характеристика відтворює пряму гілку ВАХ ЕП

= . (7.2)

При негативній напрузі на колекторі характеристика зміщується вгору, в бік більших струмів емітера. Причина цього зміщення:

1. при збільшенні негативної зменшується активна ширина бази , зростає градієнт концентрації дірок у базі (рисунок 7.4), і тому при незмінній напрузі збільшується ;

Рисунок 7.4 – Модуляція товщини бази БТ та її вплив на розподіл концентрації неосновних носіїв

2. при збільшенні запірної напруги на КП зростає зворотний струм колектора , який, проходячи через розподілений опір бази , створює на ньому спадання напруги зворотного зв’язку (рисунок 7.5). Ця напруга, узгоджена з напругою за напрямом, сприяє більшому відкриванню ЕП і зростанню внаслідок цього струму . Під впливом перелічених причин у емітерному колі БТ при =0 і негативній напрузі на колі проходить невеликий струм емітера.

Для того щоб його усунути, треба до емітера прикласти невелику негативну напругу.

Рисунок 7.5 – Утворення напруги зворотного зв’язку

на розподіленому опорі бази

Вихідні характеристики

Вихідні характеристики БТ у ССБ – це графік залежності

,

зображені на рисунку 7.6.

Рисунок 7.6 – Статичні вихідні характеристики БТ зі спільною базою

Ураховуючи вплив напруги на зворотний струм колектора, рівняння для струму колектора (6.10) можна записати у вигляді

. (7.3)

Одержана формула описує вихідні характеристики при різних струмах емітера.

Межею між режимом відсічення ( <0) та активним режимом ( >0) є характеристика при =0, яка є зворотною гілкою ВАХ КП. При збільшенні негативної напруги струм колектора швидко досягає значення . Подальше зростання зумовлюється зростанням струмів генерації та витоку КП. При деяких високих напругах (для транзистора МП14 при =0 ці напруги перевищують 15В) у КП виникає пробій, що супроводжується значним зростанням колекторного струму.

При >0 вихідні характеристики зменшуються в бік більших колекторних струмів на величину згідно з формулою (7.3). У загальному випадку це зміщення має нееквідистантний характер, тобто рівним приростам вхідного струму відповідають нерівні прирости вихідного струму . Це явище викликане залежністю , зображеною на рисунку 7.6, яка свідчить, що статичний коефіцієнт передачі струму не є постійною величиною для різних струмів емітера. Для більших колекторних та емітерних струмів пробій КП відбувається при менших напругах і може перетворитися в тепловий. З метою унеможливлення пробою режим роботи приладу треба вибирати нижче кривої максимально допустимої потужності , що розсіюються колектором (пунктирна гіпербола на рисунку 7.6).

При >0 та >0 переходи транзистора вмикаються у прямому напрямі, і прилад переходить до режиму насичення. В цьому режимі різко зменшується , тому що зростає інжекційна складова колекторного струму, яка компенсує керовану, екстракційну складову.

Характеристики прямої передачі

Це залежності (рисунок 7.7).

Рисунок 7.7 – Сім’я характеристик прямої передачі БТ зі спільною базою

Вони грунтуються на рівняннях (6.10) або (7.3). З рівняння (7.3) бачимо, що при =0 характеристика починається з точки, яка є початком координат ( =0, =0), а нахил цієї характеристики визначається залежністю від . При >0 характеристика починається з точки = , а зміна її нахилу зумовлюється залежністю (рисунок 7.7). Характеристику прямої передачі можна одержати з сім’ї вихідних характеристик, фіксуючи .

Характеристики зворотного зв’язку

Сім’я характеристик зворотного зв’язку

показана на рисунку 7.18. При збільшенні зменшується активна

Рисунок 7.8 – Сім’я характеристик зворотного зв’язку БТ зі спільною базою

ширина бази транзистора , і за рахунок зростання градієнта концентрації дірок у базі (див. рисунок 7.4) зростає струм . Для підтримання його постійного значення, як того вимагають умови зняття характеристик, потрібно зростанням компенсувати зменшення напруги . Ця обставина зумовлює від’ємний нахил характеристик. У базі транзистора зменшення приводить при збільшенні до відновлення попереднього градієнта концентрації дірок, тобто нахилу графіка (рисунок 7.9).

Рисунок 7.9 – Розподіл концентрації дірок у базі при знятті характеристик зворотного зв’язку БТ зі спільною базою