6.3 Включение транзистора по схеме с общим коллектором

Если входная и выходная цепи имеют общим электродом коллектор (ОК) и выходным током является ток эмиттера, а входным ток базы, то для коэффициента передачи тока справедливо:

(6.42)

Вв таком включении коэффициент передачи тока несколько выше, чем во включении ОЭ, а коэффициент усиления по напряжению незначительно меньше единицы, так как разность потенциалов между базой и эмиттером практически не зависит от тока базы. Потенциал эмиттера практически повторяет потенциал базы, поэтому каскад, построенный на основе транзистора с ОК, называют эмиттерным повторителем. Однако этот тип включения используется сравнительно редко.

Сопоставляя полученные результаты, можно сделать выводы:

1. Схема с ОЭ обладает высоким усилением как по напряжению, так и по току, У нее самое большое усиление по мощности. Отметим, что схема изменяет фазу выходного напряжения на 180. Это самая распространенная усилительная схема.

2. Схема с ОБ усиливает напряжение (примерно, как и схема с ОЭ), но не усиливает ток. Фаза выходного напряжения по отношению к входному не меняется. Схема находит применение в усилителях высоких и сверхвысоких частот.

3. Схема с ОК (эмиттерный повторитель) не усиливает напряжение, но усиливает ток. Основное применение данной схемы - согласование сопротивлений источника сигнала и низкоомной нагрузки.

6.4. Дифференциальные параметры биполярного транзистора

Рис. 6.36. Линеаризация входных и выходных ВАХ в схеме с ОЭ

Основными величинами, характеризующими параметры биполярного транзистора являются коэффициенты передачи тока эмиттера и базы, сопротивление эмиттерного () и коллекторного () переходов, а также коэффициент обратной связи эмиттер-коллектор ().

Дифференциальным коэффициентом передачи тока эмиттера равен:

,

(6.45)

где – эффективность коллектора,– коэффициент инжекции или эффективность эмиттера:

(6.46)

–коэффициент переноса,

.

;α* - эффективность коллектора.

С увеличением постоянного тока эмиттера база транзистора заполняется носителями и эффективность эмиттера падает.

С ростом тока эмиттера величина коэффициента передачи α вначале растет в результате увеличения коэффициента переноса, а затем падает, что объясняется уменьшением коэффициента инжекции эмиттерного перехода γ.

Зависимость коэффициента передачи транзистора от напряжения на коллекторе определяется изменением ширины базы, а также лавинным умножением носителей в ОПЗ коллекторного перехода. Расширение ОПЗ происходит за счет уменьшения ширины базы, при этом коэффициенты γ и увеличиваются, поэтому с увеличениемU_к значение α растет. При больших напряжениях электроны и дырки, пересекающие ОПЗ коллекторного перехода, могут вызывать ударную ионизацию, в результате ток коллектора увеличивается.

Коэффициент передачи транзистора с учетом лавинного умножения определяется соотношением , где- коэффициент лавинного умножения в КП, обусловленный ударной ионизацией, гдеU_пр – пробивное напряжение коллекторного перехода, n – коэффициент, величина которого для германия и кремния колеблется в пределах 3…5, в зависимости от типа проводимости и сопротивления материала (рис. 6.).

Коэффициент усиления по току биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером:

,

(6.47)

Зависимости коэффициента передачи тока базы от тока эмиттера и напряжения на коллекторном переходе представлены на рис. 6.24.

Рис. 6.24 Зависимости коэффициента передачи тока базы

Спад β в области малых токов эмиттера (область 1) обусловлен рекомбинацией носителей заряда в ОПЗ эмиттера, а спад в области больших токов (область 3) – уменьшением коэффициента инжекции.

Зависимость β от напряжения на коллекторном переходе обусловлено расширение ОПЗ в область базы (эффектом Эрли), при больших напряжениях дополнительное возрастание β связано с явлением лавинного размножения носителей в ОПЗ коллекторного перехода.

Дифференциальное сопротивление эмиттерного перехода определяется по формуле:

.

(6.48)

Оценим значение этого сопротивления в режиме ОБ.

, , ,	(6.49)
.	(6.50)

Пусть I_э=1 мА, Т=300 К, φ_Т=0,026 В, R_э=26 Ом.

Сопротивление эмиттера с ростом тока эмиттера уменьшается по гиперболическому закону. Зависимость от напряжения на коллектореU_К определяется изменением ширины базы W: с увеличением U_К ширина базы уменьшается. Следовательно, ток эмиттера растет и сопротивление эмиттера падает.

Дифференциальное сопротивление коллекторного перехода определяется по формуле:

.

(6.51)

обусловлено несколькими причинами: изменением коэффициента переноса, связанное с модуляцией ширины базы W при изменении напряжения коллектора; сопротивление утечки по поверхности и током термической генерации в ОПЗ коллектора.

Дифференциальное сопротивление коллектора в схеме с ОЭ r_кОЭ^*=r_кОБ/(1+β) сопротивление коллектора падает за счет умножения носителей в ОПЗ коллекторного перехода, оно в десятки раз меньше, чем r_кОБ

Коэффициентом обратной связи:

.

(6.54)

Удобство физических параметров заключается в том, что они позволяют наглядно представить влияние конструктивно технологических параметров транзистора на его эксплуатационные характеристики. Так, например, уменьшение степени легирования базы или ее толщины должны приводить к росту r_б и, соответственно, к увеличению обратной связи в транзисторе.

К недостаткам физических параметров следует отнести то, что их нельзя непосредственно измерить и значения для них получают пересчетом из других параметров.