Статические характеристики транзисторов

Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором входной тока, входное напряжение, а также выходной ток и выходное напряже­ния не изменяются во времени. Токи, или напряжения транзистора в данном режиме описывается уравнениями статики вида I = f (u), в которых отсутствует время t. Соответствующие им графики называются статическими характеристиками. Статические характеристики транзистора могут быть представлены кривыми 

I = f (U). Статические характеристики каскада, выполненного по схеме с ОБ, изображенной на рис.7.8, измеряют двумя вольтметрами и двумя миллиамперметрами.

Рис. 7.8. Схема для измерения статических характеристик транзистора в каскаде с ОБ

Статические характеристики транзисторов бывают двух видов: входные и выходные. Входные характеристики (рис. 7.9) - зависимость входного тока от входного напряжения при постоянном выходном напряжении: I_вх = f (U_вх) при U_вых = const. Для каскада, выполненного по схеме с ОБ: I_вх = f (U_вх) при U_вых = const, I_э = f (U_бэ) при U_бк = const.

Рис. 7.9. Выходные характеристики, соответствующие входным,

Входные характеристики представляют собой прямую ветвь открытого p-n перехода. При увеличении выходного напряжения коллектор - база транзистора носители заряда быстрее преодолевают базу и рекомбинируют, следовательно, ток базы уменьшается (когда электрон рекомбинирует в области базы, происходит кратковременное нарушение равновесия, поскольку база приобретает отри­цательный заряд и батарея, которая является источником положительного заряда поставляет его в базу, и эти дырки образуют базовый ток транзистора), поэтому характе­ристика при напряжении коллектор-эмиттер транзистора больше 0 будет проходить левее.

Выходные характеристики - зависимости выход­ного тока от выходного напряжения при постоянном входном токе: I_вых = f (U_вых) при I_вх = const.

Для схемы включения с ОБ I_к = f (U_бк) при I_э = const, (рис. 7.10).

Рис. 7.10. Выходные характеристики для схемы включения с ОБ

Выходные характеристики представляют собой прямые линии, почти параллельные оси напряжения. Это объясняется тем, что коллекторный переход тран­зистора закрыт независимо от величины напряжения база-коллектор и ток коллектора определяется только количеством носителей заряда, проходящих из эмиттера через базу в коллектор, т. е. током эмиттера.

Динамический режим работы транзистора

Статические ВАХ сняты при отсутствии сопротивления нагрузки  в выходной цепи. В практических случаях выходная цепь содержит сопротивление нагрузки. В этом случае говорят о динамическом режиме работы транзистора.

В динамическом  режиме изменения коллекторного тока зависят не только от изменения базового тока,  но и от изменения напряжения на коллекторе, которое, в свою очередь,  определяется изменениями как базового,  так и  коллекторного токов. Такой режим работы называется динамическим, а характеристики, определяющие связь между токами и напряжениями транзистора при  наличии сопротивления нагрузки - динамическими. Динамические характеристики строятся на семействе статических ВАХ при заданном значении  R_к (рис. 7.11) .

Рис. 7.11. Схема каскада с ОЭ и коллекторной нагрузкой

Найдем напряжение питания каскада с ОЭ из выра­жения Е_к = U_Rк + U_кэ, в котором падение напряжения на сопротивлении коллекторного резистора

U_Rк = I_к R_к,

где I_к - ток коллектора транзистора; R_к - сопротивление коллекторного резистора.

Теперь можно записать формулу для вычисления на­пряжения источника питания следующим образом:

Е_к = U_кэ + I_кR_к.

Напряжение коллектор-эмиттер транзистора можно найти по формуле,

U_кэ = Е_к - I_кR_к.

Последняя формула называется уравнением динами­ческого режима работы транзистора.

Уравнение динамического режима является урав­нением выходной динамической характеристики. Так как это уравнение линейное, выходная динамическая характеристика представляет собой прямую линию и строится на выходных статических характеристиках (рис. 7.12).

Рис. 7.12. Динамическая характеристика

Две точки для построения прямой находятся из на­чальных условий.

Ток коллектора транзистора I_к при напряжении кол­лектор-эмиттер транзистора U_кэ, равном 0, называется током коллектора насыщения. Выходная динамическая характеристика получила название нагрузочной прямой. Зная прохождение нагрузочной прямой, можно построить входную динамическую характеристику, но поскольку она очень близка к входной статической характеристике при напряжении коллектор-эмиттер транзистора больше 0, то на практике пользуются входной статической характе­ристикой. Точка пересечения нагрузочной прямой с одной из ветвей выходной статической характеристики для заданного тока базы называется рабочей точкой тран­зистора. Она позволяет определять токи и напряжения, реально существующие в схеме.