4.3 Статичні характеристики бт

При аналізі та розрахунках радіоелектронних схем використовуються ВАХ пасивних та активних компонентів - залежності між струмами та напругами. У транзисторах взаємно пов'язані чотири величини: І₁, U₁, I₂ , U₂ - вхідні і вихідні струми та напруги. Статичні характеристики знімаються за умови, якщо немає навантаження у вихідному колі і одна з вказаних величин залишається постійною. Зі зміною цієї величини, яку називають параметром, одержують сім’ю статичних характеристик.

Для БТ використовують чотири сім’ї статичних характеристик:

вхідні характеристики

I₁ = f ( U₁ ) | U₂ = сonst,

вихідні характеристики

I₂ = f ( U₂ ) | I₁ = сonst,

характеристики керування

I₂ = f ( I₁ ) | U₂ = const,

характеристики зворотного зв’язку

U₁= f ( U₂ ) | I₁ = const_.

Далі зупинимось лише на вхідних та вихідних характеристиках. Для кожної з трьох схем вмикання транзистора існують свої сім’ї характеристик. У довідниках наводяться характеристики для схем із СБ і схем із СЕ. При аналізі та розрахунку схем із СК використовують статичні характеристики схеми із СЕ.

Оскільки напруги та струми транзисторів типів n-p-n і p-n-p мають різні знаки, то інколи характеристики подають в чотирьох квадратах координатної сітки, тобто негативні значення напруг і струмів відкладають по осях вліво і вниз. Однак зручніше відкладати їх вправо і вверх у будь-якому випадку. А полярність напруг на транзисторі та напрями струмів в його електродах завжди визначають за типом транзистора незалежно від того, як відображені його характеристики.

Розглянемо особливості сім'ї статичних характеристик для схем вмикання із СЕ та СБ.

4.3.1 Статичні характеристики бт із се

В хідні характеристики. При вмиканні БТ за схемою із СЕ вхідні характеристики визначають залежністю

І_В = f (U_ВЕ) , U_СЕ = сonst,

де U_СЕ – параметр сім'ї вхідних характеристик. Ці характеристики зображені на рис. 4.4. При U_СЕ = 0 характеристика проходить через початок координат, бо якщо всі напруги дорівнюють нулю то, немає ніякого струму.

Вхідні характеристики являють собою ВАХ ЕДП при прямому зміщені. На положення цієї характеристики впливає напруга на колекторі. Зміщеню вправо вхідної характеристики БТ при U_СЕ > 0 сприяє явище модуляції товщини бази (ефект Ерлі). Це можна пояснити так. Чим більша напруга U_СЕ, тим більша зворотна напруга на колекторному переході. Це призводить до розширення цього переходу (розширення збідненого шару) та зменшення товщини бази і як наслідок, до зменшення рекомбінації носіїв у базі, які рухаються від емітера до колектора. Колекторний струм дещо зростає, а струм бази І_В зменшується. При дуже тонкій базі може відбуватися змикання колекторного та емітерного переходів (ефект змикання). Тоді область бази пропадає. Необхідно звернути увагу на те, що ефект Ерлі має нелінійний характер і виявляється при збільшенні напруги U_СЕ в певних межах від U_СЕ = 0 до U`<sub>СЕ</sub>. У довідниках останнє значення напруги для кожного типу транзисторів позначається на сім’ї вхідних статичних характеристик, де здебільшого подаються дві вхідні характеристики – для U<sub>СЕ</sub> = 0 і U`_СЕ (наприклад, для 0 і 3 В, чи для 0 і 5 В). Ефект модуляції товщини бази необхідно обов’язково враховувати при використанні ґрафоаналітичного методу аналізу схем з транзисторами. Для цього будують динамічну вхідну характеристику.

Вихідні характеристики. Вихідні характеристики для схеми із СЕ (рис.4.5) визначаються залежністю:

І_С = f (U_СЕ), І_В= const.

Ці характеристики наводяться при різних постійних струмах бази.

В наслідок порівняно малого вхідного опору транзистора джерело вхідного інформаційного сигналу, що має часто великий внутрішній опір, працює в режимі генератора струму. Тому задається вхідний струм транзистора і розрахунки зручно робити за допомогою сім’ї вихідних характеристик, що зв'язують вихідний струм і напругу з вхідним струмом, який є параметром.

Перша характеристика при І_В. = 0 виходить з початку координат і являє собою звичайну зворотну гілку ВАХ НД. Умова І_В = 0 відповідає розімкненому колу бази. При цьому через весь транзистор від емітера до колектора проходить наскрізний струм І_СЕ0 (рис. 4.5).

При збільшенні струму бази вихідні характеристики зміщуються у верх із співвідношення (4.5) видно, що при зростанні струму бази до значення вихідна характеристика зміщується вгору до значення  тощо. Підвищення струму бази забезпечується відповідним підвищенням напруги U_ВЕ, що збільшує струм емітера, частиною якого є струм бази. Таким чином пропорційно підвищується струм колектора. Через залежність коефіцієнта передачі струму бази  від струму емітера відстань по вертикалі між характеристиками не залишається сталою: спочатку вона збільшується, а потім зменшується. Це зобумовлює нелінійні спотворення в транзисторних схемах.

При зниженні колекторної напруги до значення, меншого ніж значення напруги бази (початкова дільниця вихідних характеристик), відкривається колекторний перехід, що спричиняє підвищення струму бази, хоч за умовою він повинен бути постійним (І_В = const). Для підтримання струмів бази на заданому рівні доводиться знижувати напругу бази, що супроводжується зменшенням струму емітера і колектора, тому вихідні характеристики при U_СЕ<U_ВЕмають різкий спад.

Початкова ділянка вихідних характеристик відповідає режиму насичення при якому неосновні носії заряду інжектуються в базу не тільки емітером, а й колектором. Ефективність керування колекторним струмом при цьому суттєво знижується, коефіцієнт передачі струму бази  різко зменшується.

При великих напругах U_СЕ струм колектора різко підвищується внаслідок пробою колекторного переходу. Для цього переходу типовим є лавинний пробій, що пояснюється низькою концентрацією домішок в колекторі. Чим більший струм колектора, тим при менших U_СЕ настає електричний пробій.