5.2.5. Коэффициент обратной связи

Вследствие уменьшения толщины базы Wвозрастает градиент концентрации, из-за чего увеличивается поток неосновных носителей из эмиттера в базу, то-есть возрастает ток ток эмиттераI_э. Чтобы сохранить ток эмиттера постоянным необходимо уменьшить напряжение на эмиттерном переходе. Иными словами, если поставлено условие:I_э = const, (следовательно), то при увеличении коллекторного напряженияU_кдолжно происходить уменьшение эмиттерного напряженияU_э.

Это влияние коллекторного напряжения U_кна ток через эмиттерный переход можно рассматривать как внутреннюю обратную связь в биполярном транзисторе.

Коэффициент обратной связи по напряжению в биполярном транзисторе в схеме с общей базой показывает, как изменится напряжение на эмиттерном переходе при единичном изменении напряжения на коллекторном переходе при условии, что ток эмиттера поддерживается постоянным:

. (5.31)

Ненулевое значение коэффициента обратной связи обусловлено эффектом модуляции толщины базы .

Уравнение (5.31) можно записать в виде

, (5.32)

где - дифференциальное сопротивление базы, учитывающее эффект модуляции толщины базы.

Значение дифференциального сопротивления базы связано с дифференциальным сопротивлением эмиттерного перехода соотношением

. (5.33)

Рассмотрим влияние конструктивно-технологических параметров перехода на коэффициент обратной связи.

Поскольку , то. Учтем, что, так как градиент постоянен. Зависимость ширины базы от напряжения на коллекторебыла получена ранее. Тогда

.

Следовательно, выражение для коэффициента обратной связи по напряжению _эк в биполярном транзисторе в схеме с общей базой в зависимости от конструктивно‑технологических параметров имеет следующий вид:

. (5.34)

Подставив те же параметры биполярного транзистора, что и в предыдущем примере, получаем _эк = –1,1 10^-5. Знак “–” в выражении для _эк означает, что при увеличении напряжения на коллекторе U_к происходит уменьшение напряжения на эмиттере U_э.

5.2.6. Биполярный транзистор в схеме с общим эмиттером

Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером приведена на рисунке 5.23:

Характеристики транзистора в этом режиме будут отличаться от характеристик в режиме с общей базой. В транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, имеет место усиление не только по напряжению, но и по току. Входными параметрами для схемы с общим эмиттером будут ток базы I_б, и напряжение на коллектореU_к, а выходными характеристиками будут ток коллектораI_ки напряжение на эмиттереU_э.

Рис. 5.23.Схема включения транзистора с общим эмиттером

Ранее при анализе биполярного транзистора в схеме с общей базой была получена связь между током коллектора и током эмиттера в следующем виде:

.

В схеме с общим эмиттером (в соответствии с первым законом Кирхгофа) . Следовательно, величина коллекторного тока выражается соотношением:

.

После перегруппирования сомножителей получаем:

. (5.34)

Коэффициент перед сомножителемI_бпоказывает, как изменяется ток коллектораI_кпри единичном изменении тока базыI_б. Он называетсякоэффициентом усиления тока базыбиполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Обозначим этот коэффициент значком.

. (5.35)

Поскольку величина коэффициента передачи α близка к единице (  1), то из уравнения (5.35) следует, что коэффициент усилениябудет существенно больше единицы ( >> 1). При значениях коэффициента передачи = 0,980,99 коэффициент усиления будет лежать в диапазоне β = 50100.

С учетом (5.35), а также выражение (5.34) можно переписать в виде:

, (5.36)

где –обратный сквозной ток коллекторного перехода транзистора, включенного по схеме с ОЭ, который много больше обратного теплового тока коллектораI_к0транзистор с ОБ, а величинаr_к* определяется как≈50…100 кОм.

Продифференцировав уравнение (5.36) по току базы I_б, получаем. Отсюда следует, что коэффициент усиленияпоказывает, во сколько раз изменяется ток коллектораI_кпри изменении тока базыI_б.

Для характеристики величины как функции параметров биполярного транзистора вспомним, что коэффициент передачи эмиттерного тока определяется как, где . Следовательно,. Для величиныбыло получено значение:. Поскольку, а  1, получаем:

. (5.37)

Проанализируем, почему малые изменения тока базы I_бвызывают значительные изменения коллекторного токаI_к. Значение коэффициента, существенно большее единицы, означает, что коэффициент передачиблизок к единице. В этом случае коллекторный ток близок к эмиттерному току, а ток базы (по физической природе рекомбинационный) существенно меньше и коллекторного и эмиттерного тока. При значении коэффициента = 0,99 из 100 дырок, инжектированных через эмиттерный переход, 99 экстрагируются через коллекторный переход, и лишь одна прорекомбинирует с электронами в базе и даст вклад в базовый ток. Легко рассчитать, что в этом случае значение коэффициента усиления тока базы составит величину.