3.2. Выходные характеристики

Выходными характеристиками биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером называются зависимости тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер при постоянном значении тока базы. Формально выходные характеристики биполярного транзистора в схеме включения с общим эмиттером записываются в виде функционального уравнения . Схема включения транзистора для снятия выходных характеристик соответствует рис.1.

Выходные характеристики транзистора в схеме включения с ОЭ (рис. 5) отличаются от выходных характеристик в схеме включения с ОБ, во-первых, тем, что первые оказываются сдвинутыми по оси напряжений вправо на величину напряжения, так как в схеме включения биполярного транзистора с ОЭ напряжение на коллекторном переходе становиться равным нулю при напряжении.

Во-вторых, выходные характеристики в схеме включения с ОЭ на рабочем участке идут более круто, так как при снятии этих характеристик поддерживается постоянным ток базы . Токне изменяется при увеличении напряжения на коллекторе, а коэффициентпри этом увеличивается. Следовательно, для поддержания токапостоянным значением необходимо несколько увеличить ток.

Таким образом, выходная характеристика в схеме с ОБ снимается при постоянном токе , а в схеме с ОЭ – при постепенно возрастающем токе.

Рис.5. Семейство выходных характеристик.

Как и в схеме с ОБ, на семействе выходных характеристик транзистора в схеме с ОЭ различают четыре области, соответствующие различным режимам работы транзистора:

I – режим активного усиления (эмиттерный переход прямосмещенный, а коллекторный переход обратносмещенный) ;

II – режим насыщения (оба перехода открыты);

III – режим отсечки (оба перехода закрыты);

IV – нерабочая область (ограничивается предельно-допустимыми параметрами: максимально-допустимым током коллектора; максимально-допустимым напряжением коллектор-эмиттер; максимальной мощностью рассеяния на коллекторном переходе).

Первая выходная характеристика снимается при отрицательном токе базы (имеет место обрыв цепи эмиттера) и ток базы равен неуправляемому току коллекторного перехода (зависимость 1 рис.5). В этом случае выходная характеристика аналогична обратной ветви вольтамперной характеристики электронно-дырочного перехода /5/ и величина тока коллектора соответствует зависимости и при значенииВ второе слагаемое в скобках имеет очень малое значение, ток коллектора равенI_кои слабо изменяется в большом диапазоне изменения напряжения на коллекторе.

Вторая выходная характеристика транзистора (зависимость 2 рис.5) соответствует току базы (обрыв цепи базы). В этом случае в цепи коллектор-эмиттер протекает сквозной ток транзистора, превышающий в () раз неуправляемый ток коллекторного перехода. Данная характеристика также начинается из начала координат и увеличивается по мере возрастания обратного тока перехода коллектор-база. При изменении напряжения на коллекторе изменяется коэффициент передачи по току транзистора в схеме включения с общим эмиттером из-за эффекта модуляции толщины базы. Увеличение по модулю напряжения на коллекторе ведет к возрастанию коэффициента передачи по току и сквозного тока транзистора.

Увеличение тока базы приводит к росту тока коллектора в соответствии с выражением, и выходная характеристика идет выше и смещена вправо относительно начала координат.

Зависимость 3 рис.5 снята при мкА. Если ток базы, а, то это равносильно короткому замыканию коллектора с эмиттером (рис.4). При этом открыт не только эмиттерный переход, но и коллекторный переход тоже работает при прямом смещении. Ток коллектора имеет две составляющие: ток коллектора экстракциии ток коллектора инжекции. Причем, поскольку площадь коллекторного перехода всегда больше площади эмиттерного перехода (S_k >S_э ), тоI_kинж >I_кэкстр, а общий ток коллектораI_к = (I_кэкстр-I_кинж) < 0. На зависимости 3 рис.5 это соответствует точке А. При подаче обратного напряжения на коллекторный переходI_кинжначинает уменьшаться, в точке В зависимости 3 рис.5 наблюдается равенствоI_кэкстр=I_кинжи общий ток коллектора становится равным нулю. При дальнейшем увеличении напряженияток инжекции продолжает уменьшаться и в точке С зависимости 3 рис.5 напряженияравны, в этом случае на переходе коллектор-база напряжение равно нулю,I_кинж=0, а общий ток коллектора определяется соотношениемI_к=βI_б3. УчастокCDотносится к режиму активного усиления, коллекторный переход получает обратное смещение и работает в режиме экстракции, а эмиттерный - в режиме инжекции. На участкеCDток коллектора равенI_к=βI_б+(β+1)I_кои зависит от изменения напряженияU_кэв виду наличия в транзисторе эффекта модуляции толщины базы, который с ростомпроявляется в увеличении коэффициента передачи по току β.

С дальнейшим ростом тока базы (зависимости 4,5 при I_б4,I_б5рис.5 ) выходные характеристики идут выше и правее от начала координат. В этом случае возрастает величина напряженияи при большем значениибудет выполняться условие нулевого напряжения на переходе коллектор-база, которое соответствует началу режима активного усиления транзистора.

Отличительной особенностью транзистора в схеме включения с ОЭ является то, что он может управляться не только положительным, но и отрицательным входным током в диапазоне . При, что соответствует случаю, в цепи коллектора протекает неуправляемый ток коллекторного перехода.