4.1.3. Основные параметры и характеристики

Основными параметрами, характеризующими транзистор, как активный нелинейный четырёхполюсник, являются коэффициенты усиления:

по току k_I = ∆I_ВЫХ/∆I_ВХ;

по напряжению k_U = ∆U_ВЫХ/∆U_ВХ;

по мощности k_p= k_I k_U = ∆P_ВЫХ/∆P_ВХ;

и

входное сопротивление R_ВХ = U_ВХ/I_ВХ;

выходное сопротивление R_ВЫХ= U_ВЫХ/I_ВЫХ.

Схема с общим эмиттером обеспечивает усиление не только по мощности, как указывалось выше, но и по напряжению. Высокие значения коэффициента β говорят об усилительных свойствах транзистора по току. Это свойство заключается в том, что с помощью малых входных токов можно управлять гораздо большими токами в выходной цепи в соответствии с (4.5).

Каждой схеме включения транзистора соответствуют свои статические характеристики, представляющие собой зависимость токов через транзистор от приложенного напряжения (вольтамперные характеристики). Из-за нелинейного характера этих зависимостей их представляют в графической форме [9].

Вольтамперные содержат информацию о свойствах и качестве полупроводникового прибора. Вольтамперные характеристики снимаются по точкам или осциллографическим методом с помощью характериографа.

По выходным характеристикам транзисторов определяют рабочие и максимальные допустимые режимы прибора.

Транзистор, как четырёхполюсник, характеризуется входной и выходной статическими вольтамперными характеристиками. Входная характеристика показывает зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении транзистора. Выходная характеристика показывает зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе транзистора.

Статические входные и выходные характеристики биполярного транзистора n-p-n типа при включении по схеме с общим эмиттером приведены на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Статические входные и выходные вольтамперные характеристики биполярного транзистора n-p-n типа, включённого по схеме с общим эмиттером.

Для схемы с общим эмиттером входным током является ток базы [19]. Примем базовый ток за параметр семейства коллекторных характеристик. Из рассмотрения характеристик следует, что входные характеристики подобны прямой ветви характеристики полупроводникового диода. Выходные характеристики сначала резко возрастают (возрастает ток коллектора), затем, при росте выходного напряжения U_КЭ, нарастание тока становится незначительным.

Для схемы с общим эмиттером выходные характеристики полностью располагаются в первом квадранте. Из-за падения напряжения на эмиттерном переходе, возникающем при протекании тока эмиттера I_Э (при U_КЭ ≠ 0), изменение положительного значения входного тока начинается при некотором положительном значении входного напряжения.

Области насыщения и отсечки на рис. 4.5 выделены штриховкой. Левее линии ОА заштрихована область двойной инжекции. Ниже линии ОБ выделена область отсечки. Незаштрихованная область характеристик соответствует нормальному режиму (U_БЭ>0, U_КЭ>0).

В активном режиме, при коллекторном напряжении, превышающем напряжение насыщения, соответствующее линии ОА, ток коллектора изменяется приблизительно прямо пропорционально изменению входного напряжения на базе транзистора и выходная цепь по свойствам близка к управляемому источнику тока. Для получения стационарного значения выходного тока достаточно зафиксировать напряжение на базе, так как ток коллектора в активном режиме практически не зависит от нагрузки, подключаемой к коллектору транзистора.

Особенностью транзистора является то, что малого изменения входного напряжения достаточно для того, чтобы вызвать относительно большое изменение коллекторного тока [7]. Это видно на передаточной характеристике, рис. 4.6. Передаточная характеристика представляет собой зависимость I_К от U_БЭ. Напряжение U_КЭ варьируется при этом как параметр. Передаточная характеристика транзистора, как и полупроводникового диода, имеет вид экспоненциальной функции.

Рис. 4.6. Передаточная характеристика транзистора.

Во многих случаях транзистор можно рассматривать как линейный усилитель. Это выполняется в рабочей точке, в окрестностях которой осуществляется управление с помощью малого сигнала. При расчёте устройств характеристика заменяется касательной в рабочей точке. Увеличение тангенса угла наклона касательной означает увеличение дифференциального параметра (параметра малого сигнала) [7].

Изменение коллекторного тока I_к в зависимости от U_БЭ характеризуется крутизной S:

(4.6)

Крутизна пропорциональна коллекторному току и не зависит от индивидуальных свойств каждого транзистора. Поэтому для её определения не требуется измерений.

. (4.7)