Рабочие токи транзистора

7. На рис. 4 для р-n-р-транзистора показаны дырочные потоки инжекции , рекомбинациии экстрации. На энергетической зонной диаграмме все они «протекают» в валентной зоне транзистора. Эти потоки создают дырочный ток эмиттераи коллектора, поскольку в базу из внешней цепи устремляется поток электронов(ток течет из базы), компенсирующих убыль свободных электронов базы, исчезнувших в процессе рекомбинации с дырками, так что.

Эмиттерный ток по существу является прямым током полупроводникового диода с несимметричным р-n-переходом (см. п.6 работы № 44) и определяется формулой

(2)

Где - тепловой дырочный ток эмиттера, определяемый потокомчерез ЭП: - элементарный заряд; - прямое напряжение смещения ЭП (доли 1В);- коэффициент диффузии дырок в базе;- площадьр-n-перехода.

Динамическое (дифференциальное) сопротивление эмиттерного перехода обратно пропорционально эмиттерному току

(3)

и при иравно.

Коллекторный ток содержит две составляющие. Одна из них является обычным током полупроводникового диода с несимметричным р-n-переходом при обратном включении напряжения (см. п.7 работы № 44) и определяется формулой

(4)

где - тепловой дырочный ток коллектора, определяемый потокомчерез КП;и. Характерное значение теплового тока приТ = 300К 2-5мкА для германиевых и 0,01 – 0,1мкА – для кремниевых транзисторов. При повышении температуры на каждые 10^оС тепловой ток практически удваивается. Поскольку его зависимость от температуры (термогенерация дырок ) очень сильная, то этот ток оказывает дестабилизирующее действие на работу транзистора. В формуле (4) токнаправлен в сторону базы, токнаправлен из базы в коллектор. Вторая составляющая тока транзистора является током экстракции, определяемым из условия (1):, так что

(5)

Где коэффициент переноса неосновных носителей через базу обычно называют «коэффициентом передачи эмиттерного тока». Токнаправлен из базы в коллектор.

Результирующий коллекторный ток , или

(6)

В формуле (6) основной составляющей является ток , поскольку.

Динамическое сопротивление коллекторного перехода равно

(7)

Где - коэффициент, зависящий от концентрации донорных атомов в базе, от ширины базы и от диффузионной длины. Прииполучим.

Схемы включения транзисторов

8. К внешним источникам напряжения транзистор может подключаться в соответствии с одной из трех схем: с «общей базой» (рис.6), с «общим эмиттером» (рис.7) и с «общим коллектором» (рис.8). Часто при этом «общий» (для источников напряжения) вывод транзистора соединяется с корпусом приборов (заземляется). На рис. 6-8 показаны значения прямого напряжения смещенияна ЭП и обратного напряжения смещенияна КП, выраженные через напряжения источников питания. Мы рассмотрим два наиболее часто

Рис.6

встречающихся на практике варианта схемы.

А.Схема с общей базой

Входным здесь является ток эмиттера , входным напряжением – напряжение. Так как на ЭП, то из выражения (2) уравнение «входных статических характеристик» транзистора соответствует обычным вольт-амперным характеристикам диода при прямом его включении. Семейство входных

Рис.7

характеристик, определяемых зависимостью

(8)

показано на рис. 9. Оно очень слабо зависит от напряжения , но существенно смещается влево с увеличением температуры вследствие возрастания.

Входное динамическое сопротивление транзистора определяется по входным характеристикам как

(9)

Оно приблизительно равно сопротивлению .

В схеме с общей базой

Рис.8

выходными являются ток и напряжение, причем на КП.

Уравнением «выходных статических характеристик» является выражение (6), которое показывает, что токне зависит от напряженияи определяется лишь токамии. Такие «эквидистантные по приращению тока» характеристики должны быть параллельны оси напряжения.

Рис.9

Реальные выходные характеристики

(10)

отличаются от теоретических, прежде всего, при положительном на коллекторе значении , когда коллектор перестает быть потенциальной ямой для дырок базы и нарушается режим экстракции.

При отрицательной полярности (на коллекторе) напряжения , вследствие отмеченной в п. 2 «модуляции» ширина базы, происходит некоторое увеличение коэффициентаи возрастание токас увеличением напряжения. Коллекторные вольт-амперные характеристики получают слабый наклон. Семейство выходных статических характеристик транзистора в схеме с общей базой показано на рис.10. С повышением температуры растет ток, и все семейство характеристик сдвигается вверх.

С помощью этих характеристик можно найти динамическое выходное сопротивление транзистора

(11)

приблизительно равное сопротивлению , также динамический коэффициент передачи эмиттерного тока

(12)

несколько отличающийся от .

Поскольку, в схеме с общей базой нельзя получить усиления тока, т.е.. Транзистор здесь работает как усилитель напряжения или как усилитель мощности. Если напряжениена ЭП содержит переменную составляющую, то переменную

Рис.10

составляющую будет иметь и ток эмиттера: из выражения (9) следует . Поэтому в соответствии с (12) переменная составляющая тока коллектора. Для получения переменного напряженияна выходе транзистора в его коллекторную цепь включают нагрузочное сопротивление, через которое протекает ток, так что

.

Коэффициент усиления по напряжению

(13)

Нагрузочное сопротивление выбирает из условия . Поэтому, где, и, так как. Следовательно, коэффициент усиления по напряжению в схеме транзистора с общей базой пропорционален отношению сопротивлений КП и ЭП.