Токи и напряжения в цепях схем включения транзистора

Схема включения	Входной ток	Входное напряжение	Выходной ток	Выходное напряжение
ОБ	I	U	I	U
ОЭ	IБ	U	I	U
ОК	IБ	UБК	I	U

Транзисторы, в основном, используются как приборы для усиления электрических сигналов. Представляет интерес оценка усилительных свойств различных схем включения биполярного транзистора.

Как отмечалось, в биполярном транзисторе эмиттерный и коллекторный токи практически одинаковы. Поэтому схемой ОБ, в которой выходное напряжение Uмного больше входногоU, обеспечивается усиление сигнала только по напряжению. Ток базы транзистора существенно меньше коллекторного и эмиттерного токов, которые являются выходными в схемах ОЭ и ОК, что обусловливает усиление сигнала в этих схемах по току. Однако в схеме ОК значения входного и выходного напряжений,U_БК иU, отличаются незначительно, в результате чего сигнал по напряжению не усиливается (см. разд. 2.9). В схеме ОЭ величина входного напряженияUво много раз меньше величины выходного напряженияU. Таким образом, в этой схеме сигнал усиливается не только по току, но и по напряжению, а, следовательно, можно обеспечить наибольшую величину коэффициента усиления по мощности. Данное обстоятельство определило более широкое распространение схемы ОЭ включения биполярного транзистора в электронных устройствах.

2. Характеристики и параметры биполярного транзистора в схеме оэ

Биполярный транзистор описывается в первую очередь семейством входных и выходных характеристик. Эти характеристики называют статическими, поскольку их снимают при отсутствии в цепях транзистора резисторов и относительно медленных изменениях токов и напряжений. Входными называют семейство вольт-амперных характеристик входной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений напряжения выходной цепи. Выходными называют семейство вольт-амперных характеристик выходной цепи транзистора, построенных для ряда фиксированных значений входного тока. Как видно из табл.1.2, каждой схеме включения соответствует определенное сочетание входных и выходных токов и напряжений. Поэтому вид и входных, и выходных характеристик транзистора будет определяться схемой его включения.

Типичные входная и выходная статические характеристики транзистора типа n-p-n для схемы ОЭ включения представлены на рис. 1.10 и 1.11. Характеристики транзистора типа p-n-p аналогичны, но значения напряжений U и U - отрицательные.

Рисунок 1.10. Входная Рисунок 1.11. Выходная

Характеристика биполярного характеристика биполярного транзистор транзистора

Входная характеристика транзистора в схеме ОЭ – это семейство зависимостей I_Б (U), построенных при постоянных значениях напряжения U. Однако, как видно из рис.1.10, приводятся две зависимости: одна для U = 0, а другая для фиксированной величины напряжения U, находящейся в рабочем интервале значений данного параметра. Это связано с тем, что вольт-амперные характеристики входной цепи для рабочего интервала значений U практически не отличаются друг от друга, поскольку коллекторный переход находится в закрытом состоянии. В данном случае зависимость I_Б (U) по существу является вольт-амперной характеристикой эмиттерного p-n перехода. При U= 0, кроме эмиттерного, открытым будет и коллекторный переход, а поэтому зависимость I_Б (U) представляет собой вольт-амперную характеристику уже двух переходов, включенных параллельно (токи эмиттера и коллектора суммируются в базе).

Выходная характеристика транзистора в схеме ОЭ, как видно из рис. 1.11, - это семейство зависимостей I(U), построенных для ряда значений тока I_Б. Каждая вольт-амперная характеристика имеет три участка: начальный, на котором происходит резкое увеличение коллекторного тока при подъеме напряжения U; рабочий участок, где коллекторный ток незначительно увеличивается при увеличении напряжения U, при этом зависимость I (U) – линейная; участок пробоя коллекторного перехода. Резкое увеличение коллекторного тока в начале вольт-амперной характеристики соответствует моменту закрытия коллекторного перехода, когда при увеличении напряжения U выравниваются абсолютные значения этого напряжения U, после чего обеспечивается перенос рабочих носителей заряда из базового слоя в коллекторный. При этом увеличение тока базы (при увеличении напряжения база-эмиттер) обусловлено увеличением поступления рабочих носителей заряда из эмиттерного слоя в базовый.

Соотношения (1.1) и (1.2) позволяют получить выражение для рабочего участка выходной характеристики транзистора.

I = β I_Б + I. (1.3)

В этом выражении I=I- является начальным током транзистора в схеме ОЭ, который получается приI_Б= 0. Параметр β=- коэффициент передачи тока в схеме ОЭ, который характеризует усиление транзистора по току. Если считать, что значение α составляет 0,9 – 0,99, то величина параметраβнаходится в пределах 9 – 99. В современных типах биполярных транзисторах значения параметров α иβдостигает величин 0,995 и 200, соответственно.

Соотношение (1.3) правильно отражает линейную зависимость коллекторного тока от тока базы, но не передает зависимость тока I от напряжения U. Последнее учитывается введением в соотношение (1.3) дополнительного слагаемого, после чего оно принимает вид

I = β I_Б + + I, (1.4)

где r - дифференциальное сопротивление выхода транзистора в схеме ОЭ.

На выходной характеристике обычно представляется рабочая область, т.е. область значений выходных параметров, при которых допускается эксплуатация транзистора. Границы этой области, показанной на рис.1.11, определяются тремя факторами:

• максимальным значением напряжения U, превышение которого приводит к электрическому пробою коллекторногоp-nперехода;

• максимальным значением коллекторного тока I, превышение которого приводит к перегреву эмиттерногоp-n перехода;

• максимальным значением мощности, рассеиваемой в коллекторном переходе, Р, превышение которого приводит к перегреву этого перехода. На рис.1.11 последнему фактору соответствует гипербола

IU=Р.