Статические характеристики биполярного транзистора.

Для каждой схемы включения транзистора вводятся свои семейства статических характеристик, которые приводятся в справочниках. Эти семейства позволяют правильно выбрать рабочий режим транзистора и обеспечить наиболее эффективное использование его возможностей. Из всех статических характеристик наиболее важными являются входные, связывающие ток и напряжение на входе и выходные, связывающие ток и напряжение на выходе транзистора.

Для схемы с ОБ входной статической характеристикой является зависимость I_э = f(U_эб) при U_кб = const, а для схемы с ОЭ – зависимость I_б = f(U_бэ) при U_кэ = const.

Общий характер входных характеристик определяется p-n переходом, который включён в прямом направлении. Поэтому по внешнему виду входные характеристики похожи на прямые ветви ВАХ диода и имеют экспоненциальный характер (рис. 2.5)

I э Iб Uкэ=0 Uкб>0 Uкб = 0 Uкэ>0 Uэб Uбэ б) a)

Рис. 2.5. Входные характеристики в схемах с ОБ (а) и с ОЭ (б).

С увеличением обратного напряжения на коллекторе характеристика смещается влево в схеме с ОБ и вправо в схеме с ОЭ. Сдвиг характеристик объясняется эффектом модуляции ширины базы: при увеличении коллекторного напряжения ширина коллекторного перехода увеличивается, причём в основном в сторону базы. При этом ширина базы уменьшается, уменьшается и базовый ток (из-за уменьшения рекомбинации носителей), и характеристики в схеме с ОЭ идут правее. Ток эмиттера увеличивается (возрастает градиент концентрации неосновных носителей в базе), и характеристики в схеме с ОБ идут левее.

Выходной статической характеристикой в схеме с ОБ является зависимость I_к = f(U_кб) при I_э = const, а в схеме с ОЭ – зависимость I_к = f(U_кэ) при I_б=const.

Выходные характеристики по своему виду аналогичны обратной ветви ВАХ диода, так как коллекторный переход включён в обратном направлении. При построении характеристик вправо принято откладывать обратное напряжение коллектора (рис. 2.6):

Iэ3 > Iэ2 > Iэ1 Iк Iк Iэ3 Iб2 Iэ2 Iб1 Iэ1 Iб=0 Iкэо Iкбо Iэ =0 Iб = -Iкбо Uкэ Uкб а) б)

Рис. 2.6. Выходные характеристики в схемах с ОБ (а) и с ОЭ (б).

В схеме с ОБ участки характеристики, соответствующие активному режиму, проходят почти параллельно оси абсцисс. В этой области зависимость между коллекторным и эмиттерным токами определяется соотношением:

Когда I_э = 0 (цепь эмиттера оборвана), выходная характеристика – это характеристика обратно смещённого коллекторного перехода. При включении эмиттерного перехода в прямом направлении возникает инжекция носителей, и выходные характеристики сдвигаются вверх на величину (I_э2 - I_э1) и влево.

Выходные характеристики в схеме с ОЭ имеют заметный угол наклона, что свидетельствует о большей зависимости I_к от напряжения коллектора по сравнению со схемой с ОБ.

Общий характер зависимостей (рис. 2.6, б) свидетельствует о том, что между коллекторным и базовым токами имеется следующая зависимость:

где I_кэо – сквозной ток коллектора, определяемый при I_б = 0 (обрыв базы). Ток I_кэо в +1 раз больше тока I_кбо, так как при Е_б = 0 часть напряжения Е_к оказывается приложенным к эмиттерному переходу, смещая его в прямом направлении. Таким образом, I_кэо = (+1)I_кбо – достаточно большой ток, и во избежание нарушения работы транзистора не следует разрывать цепь базы.

При увеличении тока базы возрастает и величина тока коллектора на величину (I_б2 – I_б1), и характеристики смещаются вверх.