Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ

Семейство выходных ВАХ транзистора с ОЭ (рис.17) представляет собой зависимость JК(VК-Э), причем параметром семейства является ток базы JБ. Выходная ВАХ транзистора при фиксированном токе базы имеет два ярко выраженных участка: крутой (начальный) и пологий. Крутой участок соответствует режиму насыщения транзистора, когда базовый ток удовлетворяет условию:

Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ - №1 - открытая онлайн библиотека . (82)

Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ - №2 - открытая онлайн библиотека

Рис. 17. Выходные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ

При этом оба перехода оказываются в прямом смещении, и уравнение ВАХ на этом участке (в первом приближении) можно записать в виде

Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ - №3 - открытая онлайн библиотека , (83)

где rК – так называемое сопротивление насыщения транзистора.

Фактически это есть сопротивление растекания тела коллектора на пути от коллекторного перехода до омического контакта к коллектору. При более пристальном рассмотрении можно показать, что сопротивление rК может зависеть от тока базы, т.е. на этом участке вольт-амперные характеристики могут и не сливаться в одну кривую.

На пологом участке ВАХ (активный режим) может быть описана выражением:

Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ - №4 - открытая онлайн библиотека , (84)

где JКЭ0 – начальный ток коллектора транзистора в схеме с ОЭ. По сути дела это обратный ток коллекторного p-n-перехода JКБ0 (см. раздел 7 данного пособия), усиленный самим транзистором (JКЭ0 »h21E×JКБ0). Если бы коэффициент передачи h21E не зависел от напряжения на коллекторе, то выходная статическая характеристика транзистора на этом участке изображалась бы горизонтальной линией. Однако из-за эффекта Эрли (изменение ширины активной базы с изменением напряжения на коллекторном переходе) h21E является возрастающей функцией VКЭ. Наклон характеристики в этом режиме можно характеризовать дифференциальным сопротивлением RK = dVКЭ/dJК. Чем больше RK, тем больше можно получить коэффициент усиления по мощности.

При анализе выходных статических характеристик транзистора следует помнить, что существуют следующие ограничения. Во-первых, ограничение на максимальный ток коллектора, связанное с рядом эффектов высокого уровня инжекции. Во-вторых, на максимально допустимое напряжение VК-Э (определяемое электрическим пробоем транзистора) и, в третьих, на максимально допустимую рассеиваемую мощность Pmax (связанную с эффектом саморазогрева и определяемую тепловым сопротивлением конструкции прибора и условиями эксплуатации).

Семейство входных характеристик транзистора в схеме с ОЭ (рис. 18)

Статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ - №5 - открытая онлайн библиотека

Рис.18. Входные статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОЭ

представляет собой зависимость JБ(VБЭ), причем параметром семейства является напряжение на коллекторе VКЭ.

Начальная входная характеристика (при VКЭ = 0) есть не что иное, как прямая ветвь ВАХ p-n-перехода. Однако следует учесть, что ток базы – это только электронная составляющая полного прямого тока эмиттерного p+-n-перехода, которая целиком расходуется на рекомбинацию с дырками в различных областях транзистора. Если же на коллекторный переход подать обратное смещение, то вследствие расширения ОПЗ коллекторного перехода толщина активной базы уменьшится и, следовательно, уменьшится процесс рекомбинации в активной базе. За счет этого базовый ток при этом же напряжении на эмиттерном переходе будет меньше, и вся ВАХ (при VКЭ < 0) идет ниже.

Интересно, что при VБЭ = 0 и VКЭ < 0 ток базы отрицателен (т.е. течет в другую сторону). Это легко понять, если учесть, что в этом случае течет только обратный ток коллектора и его электронная составляющая течет из коллектора в базу и далее через вывод базы на землю.