2. Основные семейства характеристик транзистора

Характеристики транзистора определяются соотношениями между токами, проходящими в цепях транзистора, и напряжениями на его электродах.

В теории транзисторов за независимые переменные принимаются напряжения на электродах, а функциями являются входной и выходной токи. При построении статических характеристик одна из независимых переменных считается постоянной .

Основные семейства характеристик транзистора:

1. Входные характеристики:

Iвх=f(Uвх) при Uвых=const.

2. Выходные характеристики:

Iвых=f(Uвых) при Iвх=const.

Производные семейства:

3. Характеристики передачи по току:

Iвых=f(Iвх) при Uвых=const.

(может быть построена из выходных характеристик)

4. Характеристика обратной связи по напряжению :

Uвх=f(Uвых) при Iвх=const.

(из входной характеристики)

Рассмотрим характеристики для схемы включения транзистора с ОБ. Начнем с выходных характеристик Iвых=f(Uвых) при Iвх=const. Для схемы включения с общей базой семейство выходных характеристик Iк=f(Uкб) при Iэ=const.

Пусть Iэ=0, т.е. при нулевом управляющем токе транзистор должен быть закрыт и Iвых должен отсутствовать. В реальной схеме включения, когда Uбэ=0 и Uкб0, через коллекторный переход, к которому непосредственно в обратном направлении приложено напряжение Uкб, протекает ток неосновных носителей (единицы - десятки микроампер) Iк₀ - ток закрытого транзистора (или обратный ток коллектора в справочнике по транзистору).

При наличии тока в цепи эмиттера: (Iэ0) доля коллекторного тока за счет инжектированных и дошедших до коллектора носителей возрастет. И ток коллектора определится так: Iк=Iэ+Iк₀, где =Кi - коэффициент передачи тока, Ki=Iвых/Iвх, Iк₀ - ток закрытого транзистора.

Чем больше Iэ - входной ток, тем больше выходной ток Iк. При Uкб=0 и Iэ0 коллекторный ток имеет существенное значение Iк=Iэ. При дальнейшем возрастании Uкб, Iк возрастает незначительно на величину Iк₀), т.е. влияние ускоряющего поля коллектора на ток коллектора невелико. Чтобы прекратить ток в цепи коллектора, на него необходимо подать напряжение обратного знака (прямое), и навстречу току электронов из эмиттера пойдет ток открывшегося коллекторного перехода, и результирующий ток уменьшится. В точке пересечения выходной характеристики с горизонтальной осью оба встречных тока равны, и результирующий ток равен нулю.

Вид выходных характеристик для схемы включения с ОБ (рис 2.1.):

Рис.2.1. Выходные характеристики для схемы включения с ОБ.

Рассмотрим входные характеристики Iэ=f(Uэб) при Uкб=const, т.е. исключаем влияние коллекторного поля на входной ток. При изменении Uкб=0 от 0 до Umax Iэ будет изменяться как прямой ток через р-n переход, и вид входной характеристики прямая ветвь характеристики р-n перехода (рис.2.2).

Если Uкб0, то влияние ускоряющего поля коллектора на движение инжектированных из эмиттера носителей (Iэ) очень мало, и ток эмиттера возрастает незначительно. Входная характеристика имеет вид:

Рис. 2.2. Входные характеристики для схемы включения с ОБ

Если эмиттерный переход включить обратно, а коллекторный прямо, то такое включение транзистора называется инверсным. Тогда коллектор играет роль эмиттера, а эмиттер - коллектора. Величина тока эмиттера в этом режиме зависит от величины тока коллектора. Но вследствие несимметричности конструкции (площадь эмиттера  площади коллектора) коэффициент передачи тока при инверсном включении обычно значительно меньше, чем при прямом.

Характеристики передачи по току для схемы включения с ОБ (рис.2.3.) близки по своему виду к прямым и проходят практически через начало координат.

Рис. 2.3. Характеристики передачи по току для схемы включения с ОБ

Ток коллектора всего на 5-10% меньше Iэ. Это показывает, что потери неосновных носителей из-за рекомбинации в базе, а также дырочная (для транзистора n-р-n типа) компонента тока эмиттера незначительны. Тангенс угла наклона характеристики передачи равен коэффициенту передачи тока =dIк/dIэ. С ростом тока эмиттера коэффициент незначительно уменьшается, что объясняется возрастанием скорости рекомбинации при увеличении объемного заряда неосновных носителей в базе. Малое изменение вида характеристик Iк=f(Iэ) при Uкб=const при подаче напряжения на коллектор непосредственно связано с почти горизонтальным ходом коллекторных характеристик. Уравнение Iк=(Iэ+Iк₀) является аналитическим выражением характеристики передачи по току, и так как Iк₀ незначительно зависит от , можно считать, что токи коллектора и эмиттера связаны между собой линейно.

Не трудно видеть, что характеристики передачи могут быть получены построением из семейства выходных характеристик и наоборот.

Характеристики обратной связи по напряжению Uэб=f(Uкб) при Iэ=соnst могут быть получены построением из семейства входных характеристик. Характеристики обратной связи показаны на рис.2.4.

Р ис. 2.4.

Они имеют небольшой наклон, что свидетельствует о слабом влиянии поля коллектора на токопрохождение в цепи эмиттера. Расстояние между характеристиками Uэб=f(Uкб) по вертикали резко уменьшается с ростом тока, что является следствием нелинейности входных характеристик транзистора.