5.2. Вольт – амперні характеристики біполярних транзисторів

Залежність між струмом і напругою у вхідному та вихідному колах транзистора називають вхідною та вихідною характеристиками транзистора. Для схеми з СЕ вхідною характеристикою буде залежність струму бази від напруги U_eб для сталого значення вихідної напруги U_eк. Якщо U_ек = 0 і внутрішній опір джерела напруги в колектор­ному колі дорівнює нулю, то вхідна характеристика являє собою вольт-амперну характеристику двох р - n-переходів, ввімкнених паралельно (рис. 5.3, а). Якщо ж U_ек > 0, то характеристика дещо зміщується, тому що до колекторного переходу прикладено зворотну напругу і з'являється струм І_кз.

Рис. 5.3 Вольт – амперні характеристики біполярних транзисторів

Вихідною характеристикою транзистора з СЕ є залежність І_к = І_к(U_ек), яку знімають при сталому струмі в базі І₆ = const. Вихідні характеристики мають дві характерні ділянки (рис. 5.3, б) - положисту, коли U_ек U_ек.н і круту. На положистій ділянці струм колектора майже не залежить від зміни напруги U_ек. Транзистор на цій ділянці працює у звичайному робочому режимі, коли на емітерному переході діє пряма напруга, а на колекторному - зворотна, позначена штриховою лінією на рис. 5.3, б. Струм колектора визначається залежністю (5.1). Транзистор у цьому режимі можна характеризувати як регульоване джерело струму, величину якого можна задавати певним значенням струму І₆. Збільшення струму бази дає відповідне збільшення струму колектора.

На положистій ділянці вольт-амперної характеристики транзистора згідно з другим законом Кірхгофа U_6к = U_ек - U_е6. Оскільки U_ек > U_ек.н (рис. 5.3, б), напругана колекторному переході має зворотний характер (штрихова лінія на рис. 5.3, б). Якщо зменшити напругу U_ек до U_ек.н = U_еб, то U_бк=0. Якщо ж про­довжити зменшення напруги U_ек, то напруга U_бк міняє знак і стає прямою (суцільна лінія на рис. 5.3, б). Тепер назустріч струму дірок з емітера до колектора з'являється струм дірок з р-колектора до п-бази під дією напруги U_бк прямого напрямку. Внаслідок такого зменшення напруги U_ек колекторний струм I_к різко падає. Крута ділянка вихідної характеристики транзистора характеризує втрату транзистором властивостей регульованого підсилювального елемента. Тому ця частина характеристики використо­вується в імпульсній техніці для організації ключового режиму роботи транзистора, коли він працює як дискретний підсилювач, що має лише два стани: закритий, або відкритий.

Під час зняття характеристик та експлуатації транзистора слід враховувати обмеження по струму колектора I_к, напрузі U_ек, та потужності, що розсіюється в транзисторі Р = U_eкI_к. Збільшення струму І_к призводить до збільшення температури транзистора і теплового руйнування р - n-переходів. Збільшення U_ек може призвести до електричного пробою колекторного переходу, що також приведе до недопустимого збільшенню струму. На рис. 5.3, б показані відповідні обмеження робочих ділянок характеристик транзистора.

Біполярні транзистори випускаються на струм від І_kтк = 0,01 ÷ 0,1А для мало­потужних транзисторів до І_kтах = 0,5 ÷ 10 А для транзисторів великої потужності. Біполярні транзистори є напівпровідниковими підсилювальними приладами універсального призначення і широко використовуються в різних типах підсилювачів, генераторів, логічних та імпульсних пристроях.