Вольт-амперные характеристики (вах) биполярных транзисторов (статические характеристики). Схемы для снятия вах.

ВАХ транзисторов устанавливают связь между токами в электродах и напряжениями, приложенными к электродам. При любой схеме включения в транзисторе всегда связаны между собой четыре величины.

Зависимость между этими величинами определяется из двух семейств статических характеристик:

Входных: при ;

Выходных: при .

В зависимости от схемы включения транзистора значения будут различными. Поэтому и внешний вид характеристик будет различным.

В справочниках по транзисторам, как правило, приводятся типовые семейства характеристик, представляющие собой усредненные характеристики большого числа однотипных транзисторов для схем включения с ОБ и с ОЭ.

Для схем ОБ характеристики определяются зависимостями:

Входные: при ;

Выходные: при .

ВАХ в схеме с ОБ могут быть сняты по следующей схеме:

Схема для снятия статических ВАХ

транзистора n-p-nтипа в схеме с ОБ.

Изменяя положение регуляторов резисторов R_Э и R_К снимают показания вольтметров V1, V2 и амперметров А1, А2. По полученным показаниям строятся входные и выходные ВАХ.

Входные ВАХ

в схеме с ОБ

Выходные ВАХ

в схеме с ОБ

Входная характеристика при U_КБ=0 точно соответствует ВАХ диода, включенного в прямом направлении. Увеличение U_КБ смещает ВАХ влево, ближе к оси токов, что связано с модуляцией толщины базы (уменьшение толщины и снижение поперечного сопротивления базы) и увеличением I_Э при неизменном U_ЭБ. При U_КБ равном нескольким вольтам ВАХ практически сливаются, что объясняется уменьшением влияния U_КБ на эмиттерный переход. Довольно часто для схем с ОБ приводят только одну ВАХ при U_КБ=const.

Выходная характеристика при (обрыв цепи эмиттера) соответствует (обратный неуправляемый ток коллектора, который практически не зависит от U_КБ), что соответствует ВАХ диода, включенного в обратном (запорном) направлении. При увеличении I_Э, ток I_К тоже растёт, т.к. I_К=αI_Э и слабо зависит от U_КБ. Небольшая зависимость I_К от U_КБ связана с эффектом Эрли, т.к. уменьшается толщина базы и повышается α за счет снижения рекомбинации в более тонкой базе (повышается коэффициент переноса ).

При I_Э≠0 ток I_К также не равен нулю даже при U_КБ=0, что обусловлено экстракцией электронов в коллектор из базы за счёт ускоряющего поля потенциального барьера коллекторного перехода и падения напряжения на продольном сопротивлении базы от базового тока.

При изменении полярности U_КБ (U_КБ>0) ток I_К быстро уменьшается до нуля и даже может изменить направление, т.к. переход база-коллектор оказывается включенным в прямом направлении.

Для схемы с ОЭ характеристики определяются зависимостями:

Входные: при ;

Выходные: при .

ВАХ в схеме с ОЭ могут быть сняты по следующей схеме:

Схема для снятия статических ВАХ

транзистора n-p-nтипа в схеме с ОЭ.

Изменяя положение регуляторов R_Э и R_К снимают показания вольтметров V1, V2 и амперметров А1, А2. По полученным показаниям строятся входные и выходные ВАХ.

Входные ВАХ Выходные ВАХ

в схеме с ОЭ в схеме с ОЭ

Входная характеристика при U_КЭ=0 представляет собой ВАХ прямого тока p-n перехода (эмиттерного перехода).

Увеличение U_КЭ смещает ВАХ правее и ниже, что связано с уменьшением эффективной толщины базы за счёт её модуляции и снижением рекомбинации. Это уменьшает величину базового тока при одном и том же напряжении U_БЭ. Уменьшение I_Б происходит ещё и за счёт перераспределения I_Э в коллекторную цепь.

При наличии напряжения U_КЭ и его изменении, ветви входной ВАХ располагаются плотно друг к другу, поэтому можно ограничиться только одной входной ВАХ, снятой при одном фиксированном напряжении U_КЭ, например, равном 5В.

При малых значениях U_БЭ, например при U_БЭ=0, ток базы может быть отрицательным, например I_Б= -I_К0.

Выходные характеристики имеют как правило, значительно больший наклон, чем в схеме с ОБ, что объясняется более существенным уменьшением толщины базы при повышении U_КЭ, а так же усилением эффекта лавинного размножения носителей в коллекторном переходе.

При I_Б=0, т.е. при разрыве цепи базы, в коллекторной цепи протекает начальный сквозной ток коллектора , который в β раз больше I_К0 (), что существенно увеличивает мощность рассеивания на коллекторе и может привести к выходу транзистора из строя. Поэтому подача напряжения на коллектор транзистора с оборванной базой – недопустима.