1.3. Режимы работы биполярного транзистора

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора:

1. активный режим, при котором эмиттерный переход находится в открытом состоянии, а коллекторный – в закрытом (соответствует открытому состоянию транзистора, когда эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном).

Работа биполярного транзистора в активном режиме основана на сочетании процессов инжекции носителей через один переход и собирания их на другом переходе. Концентрация примесей в эмиттере значительно больше, чем в базе и коллекторе. Поэтому электронная составляющая тока n-p-n-транзистора является преобладающей. В активном режиме ток коллектора управляется током эмиттера (или напряжением эмиттерного перехода) и почти не зависит от напряжения на коллекторном переходе, поскольку последний смещен в обратном направлении. Активный режим является основным, если транзистор используется для усиления сигналов.

2. режим насыщения, при котором оба перехода открыты (соответствует состоянию насыщения, когда эмиттерный и коллекторный переходы смещены в прямом направлении),

Выходной ток в этом случае не зависит от входного и определяется параметрами нагрузки. Из-за малого напряжения между выводами коллектора и эмиттера (порядка единицы – десятки милливольт) этот режим используется для замыкания электрических цепей.

3. режим отсечки, при котором оба перехода закрыты (соответствует закрытому состоянию транзистора, когда эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении),

Так как выходной ток транзистора в режиме отсечки практически равен нулю и его сопротивление имеет максимальное значение, то этот режим используется для размыкания электрических цепей.

Режимы отсечки и насыщения биполярных транзисторов являются ос­новными, когда они работают в ключевых и логических схемах.

4. инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный – открыт.

При этом режиме эмиттер играет роль коллектора, а коллектор – эмиттера.

Исходя из реальной структуры несимметричного транзистора, этот режим работы приводит к значительному уменьшению коэффициента передачи тока эмиттера по сравнению с работой транзистора в активном режиме, и поэтому на практике применяется крайне редко.

Для симметричного транзистора (с одинаковыми площадями эмиттерного и коллекторного переходов) коллектор и эмиттер взаимозаменяемы. Инверсный режим работы такого транзистора используется в двунаправленных ключах.

1.4 Статические характеристики биполярного транзистора

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения.

Биполярный транзистор при работе в электрических цепях рассматривают как активный четырехполюсник, рисунок 2, при этом образуются две цепи: входная и выходная.

Рисунок 2 – Транзистор как активный четырехполюсник

Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка. Для величин, относящихся к входной и выходной цепями, применяют соответственно индексы "вх" и "вых" или "1" и "2".

Зависимости между токами и напряжениями (вольтамперные характеристики) 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: I_ВХ, I_ВЫХ, U_ВХ, U_ВЫХ – входные и выходные токи и напряжения. Для более точного определения свойств транзисторов необходимо несколько семейств статических характеристик:

1. входные характеристики I_ВХ = f(U_ВХ) при U_ВЫХ = const,

2. выходные характеристики I_ВЫХ = f(U_ВЫХ) при I_ВХ = const,

3. характеристики прямой передачи I_ВЫХ = f(I_ВХ) при U_ВЫХ = const,

4. характеристики обратной связи по напряжению U_ВХ = f(U_ВЫХ) при I_ВХ = const.

При расчете транзисторных цепей достаточно иметь семейства входных и выходных характеристик. Характеристики прямой передачи и обратной связи можно построить по семействам входных и выходных характеристик.