4.1.2. Схема с общей базой

На рис. 4.2, а представлена серия входных характеристик I_э(U_эб)|_Uкб для схемы с общей базой (транзистор n-p-n-типа) при различных фиксированных напряжениях U_кб между коллектором и базой.

При напряжении U_кб = 0 входная характеристика I_э(U_эб)|_Uкб, в целом, идентична прямой ветви вольтамперной характеристики диода.

Увеличение величины коллекторного напряжения (U_кб > 0) приводит к смещению серии выходных характеристик ″вверх″ (рис. 2, а): например, при фиксированном напряжении U_эб = 0,6 В значение тока I_э возрастает (по сравнению с ВАХ при U_кб = 0) от 5 до 10 мА при U_кб = +5 В.

а) б) в)

Рис. 4.2. Входная (а), выходная (б) и переходная (в) характеристики схемы с ОБ

Семейство (серия) выходных характеристик (рис. 4.2, б) схемы с ОБ представляется кривыми I_к(U_кб)|_Iэ, полученными при фиксированном значении тока эмиттера I_э.

Коэффициент передачи тока  в схеме ОБ оценивается по соотношению:

 = I_к/I_э|_Iэ ≤ 1, (4.1)

например, по данным серии выходных характеристик (рис. 4.2, б).

Характеристика (переходная) обратной связи U_кб(U_эб)_Iэ=const представлена на рис. 4.2. Коэффициент обратной связи по напряжению _кэ, определяемый как отношение

_кэ = U_эб/U_кб |_Iэ=const, (4.2)

показывает, на какую величину U_эб необходимо изменить напряжение эмиттер-база при изменении напряжения U_кб коллектор-база для поддержания фиксированного тока эмиттера I_э. Величина _кэ ≈ 10 ^3 …10 ^4.

4.1.3. Схема с общим эмиттером

Входные и выходные характеристики схемы с ОЭ с маломощным транзистором представлены на рис. 4.3. Входные (базовые) характеристики транзистора отражают зависимость тока базы I_б(U_бэ)|_Uкэ от напряжения U_бэ между базой и эмиттером при фиксированном напряжении U_кэ между коллектором и эмиттером (рис. 4.3, а).

а) б)

Рис. 4.3. Входные (а) и выходные (б) характеристики схемы с ОЭ

Рассмотрим особенности зависимости тока базы I_б(U_бэ) от напряжения база-эмиттер при отсутствии напряжения между коллектором и эмиттером U_кэ = 0 (рис. 4.3, а). Зависимость тока базы I_б(U_бэ) от напряжения U_бэ представляется экспоненциальной зависимостью (рис. 4.3, а), показывающей, что с ростом напряжения U_бэ ток через базовый контакт Б возрастает, однако величина этого тока мала (доли миллиампер).

Для того, чтобы транзистор работал в нормальном активном режиме, необходимо, чтобы его коллекторный переход был обратно смещенным, т.е. в данном случае для n-p-n-транзистора (коллектор n-типа) потенциал коллектора К выбирается положительным (U_кэ  0).

Зафиксируем напряжение U_бэ = + 0,4 В (рис. 4.3, а). Увеличение обратного напряжения U_кэ на коллекторе, например, от 0 до +10 В, вызывает уменьшение тока I_б от 0,17 мА до 0,08 мА. Это связано с эффектом Эрли: увеличение напряжения U_кэ приводит к расширению коллекторного перехода в область базы, эффективная ширина базы уменьшается, носители, диффундирующие из эмиттера в коллектор через базу, меньше рекомбинируют, так что ток базы – уменьшается.

Т.е. по мере увеличения обратного напряжения U_кэ серия входных характеристик смещается в область меньших токов I_б относительно начальной кривой I_б(U_бэ) со значением U_кэ = 0.

Обратим внимание на точку 1 (рис. 4.3, а) при U_бэ = 0. В этом режиме работы (режим отсечки) поток электронов из эмиттера в базу, а значит, ток I_э, отсутствуют. Ток I_б через контакт базы Б обусловлен, главным образом, током обратно смещенного коллекторного перехода, а именно, составляющей теплового тока I_ко. Именно поэтому при всех значениях U_кэ  0 входные характеристики исходят из точки 1 с отрицательным значением тока базы I_б, равным I_ко, а нулевое значение тока базы достигается при напряжении U_бэ > 0,2 - 0,3 В.

Серия выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ определяет зависимость коллекторного тока I_к(U_кэ) при фиксированном токе базы I_б = const (рис. 4.3, б). На серии вольтамперных характеристик можно выделить три области: I – линейная область; II  рабочий участок транзистора, находящегося в режиме усиления, этот участок характеризуется слабой зависимостью I_к(U_кэ); III – область пробоя коллекторного перехода.

В области I (режим насыщения, режим двойной инжекции) оба перехода "эмиттер – база" и "коллектор – база" смещены в прямом направлении за счет того, что напряжение U_кэ мало (потенциал _к коллектора меньше, чем потенциал _б базы, открывающий эмиттерный переход). Крутой наклон характеристики в области I связан с малым электрическим сопротивлением открытого транзистора.

На границе ВАХ области I с областью II ранее открытый коллекторный переход начинает закрываться, и в области II закрытый коллекторный переход находится под воздействием обратного напряжения – нормальный активный режим. Точкам перехода от области I к области II соответствует напряжение U_кэ порядка 0,5…1,5 В в зависимости от величины тока базы.

Коэффициент передачи тока  в схеме ОЭ оцениваемый по соотношению:

 = I_к/I_б|_Iб = /(1 – ) >> 1, (4.3)

может быть экспериментально рассчитан, например, по данным серии выходных характеристик (рис. 4.3, б). Коэффициент  может иметь значение 50…100.

Обратим внимание, что в области III (рис. 4.3, б) значение напряжения U_кэ, при котором начинает резко увеличиваться ток I_к (см. пунктирную линию на рисунке 4.3, б), уменьшается по мере увеличения тока. Это обстоятельство связано с тем, что согласно паспортным данным в любой транзисторе мощность, рассеиваемая в области коллекторного перехода в виде тепла, не может превышать некоторого максимального значения Р_{к мах}, равного, в свою очередь, произведению U_кI_к. Именно поэтому, увеличение I_к приводит к уменьшению U_к, при котором начинается пробой обратносмещенного коллекторного перехода.