4.4. Основные параметры и характеристики биполярного транзистора

При рассмотрении основных параметров биполярного транзистора в динамическом активном режиме в схему включения добавляется сопротивление нагрузки.

Основными параметрами биполярного транзистора в динамическом режиме, характеризующими транзистор как активный нелинейный четырехполюсник (при любой схеме включения) являются коэффициенты усиления:

• по току ;

• по напряжению ;

• по мощности ;

а также:

• входное сопротивление ;

• выходное сопротивление .

Значения параметров можно представить в виде таблицы (табл. 4.1).

Таблица 4.1

Параметры основных схем включения транзисторов

Параметры	Схема с общей базой	Схема с общим эмиттером	Схема с общим коллектором
	Единицы – десятки Ом	Сотни Ом – единицы кОм	Десятки – сотни кОм
	Сотни кОм –единицы МОм	Единицы – десятки кОм	Сотни Ом – единицы кОм
	Немного меньше 1 ( = 0,92-0,999)	Десятки – сотни ( = 10-1000)	Десятки – сотни (+1 = 10-1000)
	Десятки – сотни	Десятки – сотни	Немного меньше 1
	Десятки – сотни	Десятки – сотни тысяч	Десятки – сотни

Схема включения транзистора с общей базой. Транзистор не обеспечивает усиления по току, но имеет усиление по напряжению и по мощности. Входное сопротивление – мало, а выходное сопротивление – большое. Это создает затруднения при согласовании входного сопротивления с сопротивлением генератора сигналов, а так же при реализации мощности в цепи нагрузки. Схема с общей базой используется редко. Основная область применения – высококачественные усилители, имеющие малые искажения формы сигналов, низкие уровни шумов или работающие на высоких частотах.

Схема включения транзистора с общим эмиттером является основной (наиболее универсальной) схемой включения. Транзистор обеспечивает значительное усиление по напряжению, по току и по мощности. Входное сопротивление в схеме много больше, чем в схеме с общей базой, что облегчает его согласование с сопротивлением генератора сигналов. Это является достоинством схемы. Выходное сопротивление в схеме с общим эмиттером меньше, чем в схеме с общей базой, что также является достоинством схемы. Однако оно достаточно велико, что позволяет включать нагрузку, сопротивление которой намного больше входного сопротивления. Это, в свою очередь, позволяет получать достаточно высокое усиление напряжения сигнала.

Схема включения транзистора с общим коллектором. Коэффициент в схеме с общим коллектором несколько больше, чем в схеме с общим эмиттером. Усиления по напряжению схема с общим коллектором не дает, входное сопротивление – велико, выходное сопротивление – мало, что является основным полезным свойством схемы. На основе схемы с общим коллектором строятся эмиттерные повторители, обеспечивающие согласование источников сигналов с большим внутренним сопротивлением с низкоомной нагрузкой.

Статическими характеристиками биполярных транзисторов, то есть характеристиками при отсутствии внешнего резистора нагрузки, называют графически выраженные зависимости напряжения и тока входной цепи (входные ВАХ) и выходной цепи (выходные ВАХ). Вид характеристик зависит от способа включения транзистора.

• Входная характеристика – это зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном напряжении на выходе:

i_вх=f(U_вх), при U_вых=const

• Выходная характеристика – зависимость выходного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе:

i_вых=f(U_вых ), при i_вх=const.

Схема включения с ОБ (рис.4.8).

Р ис.4.8. Статические характеристики биполярного транзистора при включении с ОБ

Входные характеристики приведены на рис. 4.8.а. При входная характеристика представляет собой прямую ветвь ВАХ характеристики КП.

Из рисунков видно, что изменение выходного напряжения приводит к смещению входных характеристик. Сдвиг характеристик определяется эффектом Эрли (модуляция ширины базы), сущность которого состоит в том, что при увеличении обратного напряжения на коллекторном переходе он расширяется, причем расширение в области базы происходит за счет уменьшения ее ширины. Уменьшение ширины базы приводит к двум эффектам: уменьшению базового тока из-за уменьшения рекомбинации носителей и увеличению тока эмиттера за счет возрастания градиента концентрации неосновных носителей в базе. Поэтому с увеличением обратного напряжения на коллекторном переходе входная характеристика в схеме с ОБ смещается влево, а в схеме с ОЭ – вправо.

Выходные характеристики приведены на рис. 4.8.б. При выходная характеристика представляет собой обратную ветвь ВАХ характеристики КП. Смещение выходных статических характеристик вверх при увеличении тока эмиттера соответствует принципу действия транзистора в активном режиме. При ток в коллекторной цепи будет протекать даже при отсутствии внешнего напряжения на КП за счет экстракции инжектированных в базу носителей внутренним полем коллекторного перехода.

При изменении полярности на противоположную, меняется и включение коллекторного перехода с обратного на прямое. Поэтому ток очень быстро снижается до нуля. Этот случай соот­ветствует режиму насыщения, когда в структуре транзистора появляется инверсный сквозной поток электронов, движущийся из коллектора в эмиттер навстречу нормальному сквозному потоку, движущемуся из эмиттера в коллектор. Результирующий ток станет равен нулю, когда оба потока одинаковы по величине (например, точка А на рисунок 4.8.б).

Схема включения с ОЭ (рис.4.9).

Входные характеристики приведены на рис. 4.9.б. При входная характеристика представляет собой прямую ветвь ВАХ характеристики КП. При увеличении и соответственно коллекторного напряжения входные характеристики сдвигаются вправо из-за эффекта Эрли.

Р ис.4.9. Статические характеристики биполярного транзистора при включении с ОЭ

Выходные характеристики приведены на рис.4.9.б. Крутые начальные участки характеристик относятся к режиму насыщения, а участки с малым наклоном – к нормальному актив­ному режиму. Особенностью выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ по сравнению с характеристикой в схеме с ОБ, является то, что она целиком лежит в первом квадранте. Это связано с тем, что в схеме ОЭ напряжение распределяется между обоими переходами, и при напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым, в результате транзистор переходит в режим насыщения при . В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, то есть ток коллектора не зависит от тока базы. Рост характеристик в активном режиме связан с ростом коэффициента передачи тока базы с увеличением напряжения на КП.