8. Характеристики и параметры транзистора при включении с общим эмиттером.

Статические характеристики и параметры. При включении ОЭ (рис. 4.12) входным током является ток базы, который примем за параметр коллекторного семейства характеристик.

Главные отличительные черты включения ОЭ от включения ОБ сводятся к следующему:

• Кривые коллекторного семейства не пересекают ось ординат и полностью расположены в квадранте. Это легко понять из соотношения ; кривые ОЭ получаются путем сдвига кривых ОБ (рис.4.7а ) на величину , которая тем больше, чем больше ток.

• 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 ) намного больше тока при оборванном эмиттере и зависит от выходного напряжения. Входной ток базы может иметь не только положительную, но небольшую отрицательную величину (т.е. для транзистора вытекать из базы).

• Напряжение пробоя меньше, чем в схеме ОБ.

• Кривые базового семейства по сравнению с эмиттерным семейством не только имеют другой масштаб тока, но сдвинуты вниз на величину тока , который протекает в базе тогда, когда ток . Кроме того, кривые несколько более линейны, чем при включении ОБ.

Влияние коллекторного напряжения на ток базы можно понять из того, что приращение , во-первых, вызывает приращение ЭДС обратной связи и, во-вторых, частично падает на эмиттерном переходе. Оба эти влияния направлены навстречу друг другу, причем главную роль играет второе. Поэтому с ростом (по модулю) напряжения кривые (рис. 4.12) сдвигаются вправо – в сторону больших напряжений .

В аналитическом виде семейство коллекторных характеристик ОЭ при работе транзистора в активном режиме ( ) получается из выражения (4.16), если в правую часть подставить очевидное соотношение и выразить ток коллектора через ток базы:

.

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

. (4.49)

Тогда функцию можно записать в следующей форме:

, (4.50)

где

; (4.51)

. (4.52)

Часто последним членом в (4.50) пренебрегают; тогда получается

. (4.53)

Минимальное значение коллекторного тока ( ) получается при токе базы . Следовательно, в диапазоне от до транзистор по схеме ОЭ управляется отрицательным входным током.

Величина , входящая в формулы (4.50) и (4.53), является интегральной, так как связывает между собой полные токи и .

Из формулы (4.53) можно получить значение интегрального коэффициента передачи:

. (4.54)

Дифференциальный коэффициент передачи определяется как:

.

Учитывая соотношение , можно показать, что формула (4.49) действительная не только для интегрального, но и для дифференциального коэффициента передачи, т.е.

.

Связь между величинами и устанавливается тем же путем, что и в случае :

. (4.55)

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

Учитывая, что , из (4.49) легко сделать вывод, что .

По аналогии с выразим через физические параметры транзистора. Для этого в формулу (4.49) подставим значение :

.

Используя разложение бинома Ньютона, получаем:

.

Как правило, , тогда окончательно получаем:

. (4.56)

Как следует из формулы (4.56) зависит от режима и температуры: зависимость от тока скрыта в параметрах и ; зависимость от напряжения – в параметре , а зависимость от температуры – в параметрах и .

Нетрудно убедиться, что формуле (4.53) соответствует эквивалентная схема для постоянных составляющих, показанная на рис. 4.13 (для транзистора).

Динамические параметры. При включении транзистора по схеме ОЭ частотные и временные зависимости свойственны не только коэффициенту , но и коллекторному сопротивлению, которое согласно (4.52) зависит от .

Для выяснения частотной зависимости подставим в (4.49) .

.

Здесь – не зависит от частоты;

– (4.57а)

предельная частота для схемы ОЭ.

Постоянная времени:

. (4.57б)

Если положить , тогда ; . Для получаем:

.

Выражения (4.57а,б) показывают, что временные и частотные характеристики в схеме ОЭ хуже, чем в схем ОБ. Этот недостаток в значительной мере сглаживается тем, что в схеме ОЭ происходит усиление входного тока.

В области достаточно высоких частот ( ) модуль можно записать:

; . (4.58)

Если , то – граничная частота, т.е.

. (4.59)

Так как выполняется соотношение (4.58), то можно записать

, (4.60)

где , – частота, на которой измерен модуль .

Из (4.59) видно, что совпадает с . На самом деле экспериментально определенная не совпадает с . Для диффузионных транзисторов , а для дрейфовых – .

Теперь рассмотрим коллекторное сопротивление схемы ОЭ, которое отличается от значения . В самом деле, в схеме ОБ при заданном токе приращение выходного напряжения падает полностью на коллекторном переходе (если пренебречь сопротивлением базы). В ОЭ при заданном токе приращение выходного напряжения распределяется между обоими переходам. В результате изменение тока сопровождается таким же изменением тока и соответствующим изменением эквивалентного генератора . Если положить , то согласно (4.16) приращение выразится операторной суммой:

,

где .

Отсюда изображение эквивалентного сопротивления коллекторного перехода в схеме ОЭ будет иметь вид:

. (4.61)

При медленных изменениях коллекторного напряжения (или низкой частоте) вместо изображения можно использовать действительные величины; тогда сопротивления выражается формулой, аналогичной (4.52):

. (4.62)

Сопротивление в десятки раз меньше, чем сопротивление . Кроме того, величина имеет сложные зависимости от режима и температуры.

Аналогичную методику можно использовать для определения коллекторной емкости в схеме ОЭ. Положим для простоты . Тогда для переходных процессов роль сопротивления будет играть емкостное сопротивление . Заменив в формуле (4.16) величину на , выражаем приращение тока операторной суммой:

.

При заданном базовом токе, когда , легко получаем эквивалентное реактивное сопротивление коллекторной цепи в схеме ОЭ:

.

Отсюда следует изображение эквивалентной емкости:

. (4.63)

При медленных изменениях тока (или низкой частоте) получаем действительную величину:

. (4.64)

Заметим, что постоянная времени коллекторного перехода одинакова в схемах ОБ и ОЭ:

. (4.65)

Тот факт, что величины и являются операторными, имеет большое значение при анализе быстрых переходных процессов и не может не учитываться.

Эквивалентная схема для переменных составляющих после проведенного анализа и с учетом общей схемы (рис. 4.13) может быть изображена так, как показано на рис. 4.14.