6.1. Общая характеристика

Транзистор имеет три вывода – эмиттер, базу и коллектор. Если он включается в схему как четырехполюсник, то для получения усиления база должна быть одним из входных электродов, а коллектор – одним из выходных. На основании этого транзистор может быть включен тремя способами – с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК).

Рассмотрим схему ОЭ. На рис. 6.1а показано подключение к транзистору источников смещения, а на рис. 6.1б – условное обозначение, токи и напряжения между электродами транзистора. Воспользуемся выражением тока коллектора схемы ОБ: . Выразим ток коллектора и ток эмиттера через ток базы – входной ток схемы ОЭ: .

.

Отсюда ток коллектора:

.

Введем обозначения:

; ; .

Получим:

.

По физической сути – коэффициент передачи тока базы, – обратный ток коллекторного перехода, а – дифференциальное сопротивление коллекторного перехода транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Можно выразить , и через :

; ; ; .

; ; .

Из полученных формул следует, что . Обратный ток коллектора в схеме ОЭ значительно больше обратного тока коллектора в схеме ОБ, .

Вернемся к выражению тока коллектора в схеме ОЭ. Обычно вкладом собственного тока коллектора можно пренебречь. Тогда

;

. Откуда .

– интегральный коэффициент передачи тока базы в коллекторную цепь. Дифференциальный коэффициент передачи можно найти, если взять приращения токов:

.

Обратный ток коллектора не зависит от тока базы. В режиме усиления малого сигнала, когда входной ток меняется слабо, зависимостью от тока базы можно пренебречь и считать, что .

Так как , то . Мы уже рассмотрели в лекции о параметрах транзистора в схеме ОБ зависимость параметра от режима и температуры. Следует только отметить, что так как малые изменения влекут за собой большие изменения , то есть , то зависимость последнего от режима и температуры выражена значительно сильнее, чем зависимость коэффициента передачи . Схема ОЭ требует более эффективной, тщательной стабилизации температуры и режима , чем схема ОБ.

Эквивалентная схема транзистора с ОЭ показана на рис. 6.2. Мы видим, что эмиттерная и базовая цепи поменялись местами, а коллекторная цепь построена в соответствии с выражением тока коллектора схемы ОЭ.

Семейство входных характеристик показано на рис. 6.3 для транзистора p-n-p. Кривые базового семейства по сравнению с эмиттерным (ОБ) имеют другой масштаб (меньшие токи) и сдвинуты вниз на величину обратного тока. Параметром является . Его влияние обусловлено наличием обратной связи по напряжению, характеризуемой количественно коэффициентом . С другой стороны, часть напряжения коллектора падает на эмиттерном переходе. Оба влияния направлены навстречу, то есть имеют противоположное действие. Но главную роль играет падение напряжения на эмиттерном переходе. Поэтому с ростом кривые смещаются в сторону больших входных напряжений и необходимо приложить большее входное , чтобы получить одинаковый входной ток.

Семейство выходных характеристик транзистора в схеме ОЭ показано на рис. 6.4. Основные отличия от схемы ОБ следующие.

1. Все семейство расположено в одном квадранте и получено сдвигом семейства схемы ОБ на величину напряжения : .

2. Кривые семейства имеют меняющийся из-за режима наклон (зависимость от тока и напряжения).

3. Обратный ток коллектора течет через весь транзистор, и поэтому он называется сквозным обратным током. .

4. может быть меньше ноля, но не более . Так, для p-n-p-транзистора положительный ток базы – вытекающий из нее, а отрицательный – втекающий.

5. В области пробоя есть специфические особенности. В схеме ОБ в области пробоя коэффициент передачи тока эмиттера равен . Тогда в области пробоя коэффициент передачи тока базы . При получим , то есть пробой. Найдем напряжение пробоя в схеме ОЭ. Из теории диодов коэффициент ударной ионизации равен: . Если из условия пробоя вместо подставим , то напряжение по определению станет напряжением лавинного пробоя в схеме ОЭ:

.

Откуда (n – целое число). Из формулы следует, что . Этот факт отражен в справочниках по транзисторам. Например, допустимое напряжение коллектор-эмиттер обычно существенно меньше допустимого напряжения коллектор-база.

6. Схема ОЭ имеет еще один пробой, которого нет у схемы ОБ – прокол или смыкание базы. Мы знаем, что увеличение ведет к расширению коллекторного перехода и к уменьшению толщины базы, к росту коэффициента переноса и, в итоге, к росту : . При , , , а . Напряжение прокола зависит от удельного сопротивления базы и может быть меньше напряжения лавинного или полевого пробоя. Прокол по своему проявлению аналогичен лавинному пробою. Как и полевые пробои, прокол является обратимым пробоем, если он не приводит к тепловому пробою. В интегральной схемотехнике это явление используется для получения стабилитронов. Выводы эмиттера и базы закорачивают и получают диод К-БЭ, который в режиме смыкания базы имеет напряжение пробоя от трех до пяти Вольт.