Лекция 10

10.1. Схема с общим эмиттером

В схеме с общим эмиттером (рис.8.5,б) общим электродом является эмиттер. Входным током является ток базы i_Б , входным напряжением – напряжение u_БЭ , выходным током – ток коллектора i_К , выходным напряжением – напряжение u_КЭ . Входные ВАХ определяются при постоянном выходном напряжении:

,

выходные ВАХ при постоянном входном базовом токе:

.

Пример входных и выходных ВАХ для транзистора ОЭ приведен на рис.10.1.

Рисунок 10.1 - Входные (а) и выходные (б) ВАХ транзистора в схеме с ОЭ

Они естественно отличаются от входных и выходных ВАХ транзистора ОБ. На входных ВАХ это отличие проявляется в том, что при увеличении выходного напряжения из-за эффекта модуляции базы характеристики сдвигаются вправо. Выходные ВАХ расположены в одном квадранте, в активном режиме идут с бóльшим наклоном, что означает меньшую величину дифференциального выходного сопротивления транзистора ОЭ по сравнению с ОБ.

Учитывая, что

(10.1)

и ,

имеем

, (10.2)

где

Величина называется статическим коэффициентом передачи базового тока. Для малых изменений переменных вводится динамический коэффициент передачи базового тока

. (10.3)

Так как  несколько меньше 1 (0.9…0,995), то величина коэффициента передачи базового тока  значительно больше 1 (9…200).

Область отсечки (ток базы равен нулю) характеризуется током I_КО* . Область насыщения ограничивается линией насыщения при небольших значениях выходного напряжения.

Для нормальной работы транзистора должны выполняться условия:

, , ,

где правые части характеризуют максимально допустимые значения соответствующих переменных.

Схема включения ОЭ применяется наиболее часто, так как здесь имеет место усиление как по току, так и по напряжению. Поэтому в справочниках обычно задаются параметры именно для этого типа включения транзистора.

Приведём сравнительные результаты измерения коллекторного и базовых токов от напряжения эмиттер-база (см. рис. 10.2). Заметим, что ход кривой описывается приведённым в лекциях 45 выражениям для тока через pn переход. Если для заданного напряжения эмиттер-база найти отношение коллекторного тока к базовому, то это и будет статическим коэффициентом передачи базового тока _СТ.

Также приведём экспериментальные выходные характеристики pnp транзистора для схем с ОБ и с ОЭ на рис.10.3. В схеме с ОБ (рис.10.3.) коллекторный ток практически равен эмиттерному току (  1) и фактически не зависит от напряжения U_КБ и остаётся неизменным при U_КБ = 0.

В схеме с ОЭ коллекторный ток намного превышает ток базы и увеличивается с напряжением U_КБ (нет насыщения тока), как видно из рис.10.3б, что иллюстрирует эффект уменьшения ширины базы (эффект Эрли).

Рисунок 10.2 - Зависимость коллекторного и базового тока от напряжения эмиттер-база

Рисунок 10.3 - Выходные характеристики pnp транзистора

) в схеме с ОБ, б) в схеме с ОЭ

Особенности поведения коэффициента усиления и пробивных напряжений транзистора

Коэффициент усиления по току  в общем случае зависит от тока коллектора (рис.10.4). При малых токах заметен вклад рекомбинационно-генерационного тока, вследствие большого количества поверхностных состояний в обеднённой области эмиттера на границе раздела кремний-окисел по сравнению с полезным диффузионным током неосновных носителей в базе. А при больших токах повышение плотности неосновных носителей инжектированных в базу повышает плотность основных носителей базе, что снижает эффективность эмиттера и приводит к уменьшению коэффициента усиления.

Рисунок 10.4 – зависимость коэффициента усиления транзистора от тока коллектора

При увеличении напряжения на переходе коллектор-база наступает пробой, как видно на правой части рисунка 10.5. Напряжение пробоя BV_CBO, предпробойный ток I_CO.

Ток базы равен разнице эмиттерного и коллекторного тока или . При разомкнутой базе (левая часть рисунка 10.5) I_Б =0, тогда

.

Т.к. в этих условиях эмиттерный и коллекторный токи равны (I_CO=I_E), то

(10.4)

Т.е. коллекторный ток при разомкнутой базе намного больше I_CO.

Так же дифференциальное сопротивление коллектора r_к:

или (10.5)

Дифференциальное сопротивление коллектора уменьшается в  раз.

Коэффициент усиления, как указывалось (см. выражение 10.2) равен . Однако при пробое возникает умножение носителей с коэффициентом М.

Тогда можно записать, что , (*)

где М - коэффициент ударной ионизации. При М=1 наступает специфическая разновидность пробоя (), свойственная включению ОЭ. Значение М связано с подаваемым напряжением на переход полуэмпирической формулой:

, где V_СBО - напряжение лавинного пробоя. (**)

Приравнивая М=1/ из (**) найдём, что напряжение пробоя V_CEO для включения ОЭ определяется выражением:

Т.е. Напряжение пробоя V_CEO для включения ОЭ намного меньше напряжения V_CBO включения с ОБ

Рисунок 10.5 – Напряжение пробоя BV_CВO и ток насыщения I_CO для схемы с общей базой и соответствующие величины BV_CEO и I_CO для схемы с общим эмиттером

И тоговое представление с ОЭ

I_вых = I_к

I_вх = I_б

U_вх = U_бэ

U_вых = U_кэ

Коэффициент усиления по току: I_вых/I_вх = I_к/I_б = I_к/(I_э-I_к) = α/(1-α) = β [β>>1].

Входное сопротивление: R_вх = U_вх/I_вх = U_бэ/I_б.

Достоинства

Большой коэффициент усиления по току.

Большой коэффициент усиления по напряжению.

Наибольшее усиление мощности.

Можно обойтись одним источником питания.

Выходное переменное напряжение инвертируется относительно входного.

Недостатки

Худшие температурные и частотные свойства по сравнению со схемой с общей базой