Статические характеристики транзисторов

 

С точки зрения теории электрических цепей транзистор, имеющий три вывода, представляет собой трехполюсник. При включении трехполюсника один вывод является входным, другой – выходным, а третий вывод является общим. Поэтому трехполюсник можно представить как четырехполюсник    (рис. 6.3), обозначив входной ток и входное напряжение индексом «1», а выходные ток и напряжение индексом «2».

 

Рис. 6.3. Схема трехполюсника, включенного как четырехполюсник

 

Одним семейством статических характеристик устанавливается связь между тремя из четырех величин. Одна из этих величин выбирается независимой переменной (аргументом) и величина ее откладывается по оси абсцисс. Вторая величина будет зависимой переменной (функцией), величина которой откладывается по оси ординат. Из оставшихся двух величин одну выбирают постоянной, другую оставляют свободной, т.е. не учитывают. Ряд кривых, полученных для различных постоянных значений третьей величины, называемой параметром, и будет представлять собой семейство статических вольт-амперных характеристик.

Наиболее распространенными системами статических вольт-амперных характеристик биполярных транзисторов являются:

для схемы с ОБ

I_э = f(U_эб) при U_кб = const – входные характеристики;

I_к = f(U_кб) при I_э = const – выходные характеристики;

для схемы с ОЭ

I_б = f(U_эб) при U_кэ = const – входные характеристики;

I_к = f(U_кэ) при I_б = const – выходные характеристики.

Входные характеристики транзистора p-n-p- типа в схеме с ОБ (рис. 6.2, а) определяются зависимостью тока эмиттера от напряжения между эмиттером и базой при постоянном напряжении между коллектором и базой (рис. 6.4, а).

При напряжении U_кб = 0 вольт-амперная характеристика аналогична характеристике полупроводникового диода при прямом включении. Эмиттерный ток экспоненциально возрастает с увеличением напряжения между эмиттером и базой. Увеличение напряжения коллектор–база (в абсолютном значении) и повышение температуры смещают характеристики в сторону оси ординат, т.е. влево.

Выходные характеристики транзисторов p-n-p- типа в схеме с ОБ, называемые также коллекторными, представлены на рис. 6.4, б. При токе I_э = 0 через коллекторный переход течет обратный ток I_кбо, величина которого слабо зависит от коллекторного напряжения.

С ростом эмиттерного тока растет коллекторный ток, который практически не изменяется при увеличении по абсолютной величине напряжения U_кб. Это объясняется тем, что инжектируемые эмиттером носители, создающие коллекторный ток, практически не зависят от напряжения коллектор–база. Малый наклон характеристик коллекторного тока объясняется большим сопротивлением коллекторного перехода, включенного в обратном направлении.

 

	Рис. 6.4. Семейство входных (а) и выходных (б) характеристик p-n-p- транзистора в схеме с ОБ

 

	Рис. 6.5. Семейство входных (а) и выходных (б) характеристик p-n-p- транзистора в схеме с ОЭ

 

На рис. 6.5 представлены семейства входных и выходных характеристик транзистора p-n-p- типа в схеме с ОЭ. Входным током транзистора при этой схеме включения является ток базы, характеристика которого (рис. 6.5, а) при напряжении U_кэ = 0 идет из начала координат и представляет собой суммарный ток эмиттерного и коллекторного переходов, соединенных параллельно и подключенных к источнику в прямом направлении.

При увеличении по абсолютной величине напряжения коллектор–эмиттер входные характеристики сдвигаются вправо, так как с ростом напряжения вероятность рекомбинаций неосновных носителей в области базы уменьшается, что приводит к уменьшению тока базы и росту коллекторного тока.

В справочниках обычно приводятся входные характеристики при U_кэ = 0 и U_кэ = –5 В. Все остальные характеристики, снятые при | U_кэ | > 1 В, незначительно отличаются от характеристики, снятой при U_кэ = –5 В.

Коллекторные, т.е. выходные, характеристики транзистора в схеме с ОЭ (рис. 6.5, б) выходят из начала координат, которые при малых значениях U_кэ идут более круто, чем при больших коллекторных напряжениях. С ростом базового тока коллекторные характеристики располагаются выше, так как увеличение базового тока происходит вследствие увеличения тока эмиттера, следовательно и тока изолятора.

Выходные характеристики транзистора при выборе в качестве параметра тока I_б можно описать с помощью уравнения

 

,

 

где I_кэо – начальный («сквозной») ток, который протекает через структуру при токе I_б = 0, т.е. при обрыве в цепи базы.

Так как I_б = (1 – a) I_э – I_кбо, то при I_б = 0 имеем I_э = I_к   = I_кбо, поэтому получим I_кэо = I_кбо / (1 – a)» b I_кбо.

Ток I_кэо в b раз больше тока I_кбо, т.е. тепловой ток в схеме с ОЭ значительно больше, чем в схеме с ОБ, что является недостатком схемы с ОЭ по сравнению со схемой с ОБ.

Выходные характеристики при I_б > 0 располагаются над характеристикой при I_б = 0, но по сравнению с выходными характеристиками транзистора в схеме с ОБ имеют примерно в b раз больший наклон.

Семейства статических характеристик используются при определении статических параметров транзисторов, а также при графоаналитическом расчете электронных схем, работающих на транзисторах.