3.6. Характеристики и параметры транзистора при включении с общим эмиттером

Статические характеристики и параметры. При включении ОЭ (см. рис. 3-4,б) входным током является ток базы, который и примем за параметр коллекторного семейства характеристик.

Характеристики, показанные на рис. 3-16, несколько отличаются от характеристик ОБ. Главные отличительные черты включения ОЭ, вытекающие из сравнения рис. 3-16 и 3-11, сводятся к следующему.

а) Кривые коллекторного семейства не пересекают ось ординат и полностью расположены в 1-м квадранте. Это легко понять из соотношения : кривые ОЭ получаются путем сдвига кривых ОБ (см. рис. 3-11, а) на величину , которая тем больше, чем больше ток.

б) Кривые коллекторного семейства менее регулярны, чем в схеме ОБ: они имеют гораздо больший, неодинаковый наклон и заметно сгущаются при больших токах. Ток при оборванной базе (когда = 0) намного больше тока при оборванном эмиттере и зависит от выходного напряжения. Входной ток в принципе может иметь не только положительную, но и небольшую отрицательную величину (т. е. может втекать в базу).

в) Напряжение пробоя, которое на рис. 3-21,а обозначено через , меньше, чем в схеме ОБ, по причинам, которые будут рассмотрены ниже .

В аналитическом виде семейство коллекторных характеристик ОЭ при работе транзистора в активном режиме () получается из выражения (3-10), если в правую часть подставить очевидное соотношение и выразить ток коллектора через ток базы:

. (3-22)

Коэффициент при токе является интегральным коэффициентом передачи базового тока. Для этого важнейшего параметра введем специальное обозначение:

. (3-23)

Тогда ток коллектора можно записать в следующей форме:

, (3-24)

где

; (3-25)

. (3-26)

Часто последним членом в (3-24) пренебрегают, тогда

. (3-27)

.Минимальное значение коллекторного тока () получается при токе базы . Следовательно, в диапазоне токов от до транзистор в схеме ОЭ может управляться отрицательным входным током, что уже отмечалось; однако такая возможность относится только к германиевым транзисторам, поскольку у кремниевых транзисторов ток практически равен нулю.

Величина входящая в формулы (3-24) и (3-27), является интегральной, так как связывает между собой полные токи и .

Из формулы (3-27) легко получить интегральный коэффициент передачи

. (3-28)

Дифференциальный коэффициент передачи определяется по аналогии с (3-11,а) как

. (3-29)

Учитывая соотношение , убеждаемся, что формула (3-23) действительна не только для интегрального, но и для дифференциального коэффициента передачи. Дифференциальный и интегральный коэффициенты передачи тока базы связаны формулой:

. (3-30)

В дальнейшем мы пренебрежем зависимостью от тока, за исключением специальных случаев, и будем использовать обозначение , как для дифференциальной, так и для интегральной величин.

Нетрудно убедиться, что формуле (3-27) соответствует эквивалентная схема для постоянных составляющих, показанная на рис. 3-17 и являющаяся аналогом эквивалентной схемы ОБ на рис. 3-12,б. При необходимости обе схемы можно дополнить соответственно сопротивлениями и . И та, и другая схемы не содержат генератора и потому не отражают реального сдвига входных характеристик в зависимости от , что практически не существенно.

Динамические параметры. При включении транзистора по схеме ОЭ частотные и временные зависимости свойственны не только коэффициенту , но и коллекторному сопротивлению, которое согласно (3-26) зависит от .

Для выяснения инерционных свойств коэффициента подставим в формулу (3-23) изображение из (3-14) или комплексную величину из (3-16). Тогда после несложных преобразований получим:

, (3-31)

, (3-32)

где определяется формулой (3-23), а постоянная времени и граничная частота — формулами

, (3-33)

. (3-34)

Переходная характеристика коэффициента передачи тока базы, соответствующая изображению (3-31), имеет вид

, (3-35)

где - коэффициент передачи тока базы на низких частотах.

Из выражений (3-33)- (3-35) видно, что частотные свойства транзистора, включенного по схеме с ОЭ, значительно хуже, чем при включении по схеме с ОБ, и , а . В справочниках часто приводят значение граничной частоты усиления по току в схеме с ОЭ . Это частота, на которой модуль коэффициента передачи уменьшается до значения 0,7.

В ряде случаев частотные свойства транзисторов характеризуют не предельными частотами , , на которых модуль коэффициентов передачи уменьшается в раз, а так называемой предельной частотой , на которой модуль коэффициента передачи тока базы становится равным единице. Найдем . Так как

,

то при

,

Если , то , и, следовательно,

(3-36)

Следует отметить, что емкость в схеме с ОЭ увеличивается в раз. Это вытекает из уравнения (3.24), полученного для коллекторного тока транзистора в схеме c ОЭ. Действительно, при учете емкости запертого коллекторного перехода его сопротивление для переменного тока определяется эквивалентным сопротивлением включенных параллельно сопротивлений и :

.

В схеме с ОЭ сопротивление уменьшается в раз (так же, как это было показано для ):

.

Следовательно, в схеме с ОЭ

.

Для схемы ОЭ эквивалентную постоянную времени найдем с помощью соотношения (3-33), умножив обе части (3-21) на . Тогда

, (3-36)

где — эквивалентная емкость коллекторного перехода (рис. 3-18).

Схема с общим коллектором. Эта схема (см. рис. 3-4, в) имеет много общего со схемой ОЭ, потому что в обоих управляющим током является ток базы, а выходные токи ( или ), как известно, различаются незначительно. Поэтому семейство выходных характеристик будет практически таким же, как на рис. 3-21,а, если ток коллектора заменить током эмиттера. Переходные и частотные свойства схемы ОК почти совпадают со свойствами схемы ОЭ, так как они определяются коэффициентом передачи

,

мало отличающимся от .