Краткие сведения из теории. Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими р-п-переходами и тремя выводами
Биполярный транзистор - полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими выпрямляющими р-п-переходами и тремя выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. В биполярном транзисторе используются одновременно два типа носителей заряда - электроны и дырки (отсюда и название - биполярный). Переходы транзистора образованы тремя областями с чередующимися типами проводимости.
При включении биполярного транзистора с ОЭ цепь базы является входной, а цепь коллектора - выходной. Схема включения транзистора с ОЭ в активном режиме показана на рисунке 3.1.
Физические процессы в транзисторе с ОЭ аналогичны при включении транзистора с ОБ. Под действием напряжения Uбэ в цепи эмиттера проходит ток Iэ. В базе этот ток разветвляется. Основная его часть идет в коллектор, создавая управляемую составляющую тока коллектора, другая часть - в цепь базы, определяя ток базы рекомбинации. Навстречу току рекомбинации в базе проходит обратный ток коллектора Iкбо.
Рисунок 3.1 - Схема включения транзистора с ОЭ в активном режиме
|
Выгодными статическими характеристиками транзистора с ОЭ является семейство характеристик Ik = f (Uкэ) при Iб = const
Вид этих характеристик отражает особенности работы транзистора с ОЭ в различных режимах (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2 - Выходные характеристики транзистора с ОЭ
В активном режиме и режиме насыщения эмиттерный переход включается в прямом направлении. Под действием напряжения в цепи базы проходит ток Iб. За счет напряжения Uбэ при нулевом напряжении коллектора оба p-n-перехода транзистора смещены в прямом направлении. Транзистор работает в режиме насыщения и через коллектор проходит ток инжекции, направление которого противоположно направлению коллекторного тока в активном режиме. В базе накапливаются неосновные носители заряда.
С появлением небольшого отрицательного напряжения на коллекторе ток инжекции из коллектора уменьшается, а ток обусловленный экстракцией дырок из базы в коллектор увеличивается. Поэтому при увеличении отрицательного напряжения коллектора до значения Uкэ = Uбэ наблюдается значительный рост коллекторного тока. При |Uкэ| > |Uбэ| транзистор из режима насыщения переходит в активный режим. Рост коллекторного тока при дальнейшем увеличении отрицательного напряжения Uкэ замедляется. Но наклон выходных характеристик в схеме с ОЭ оказывается больше, чем в схеме с ОБ.
Увеличение тока базы вызывает увеличение коллекторного тока, то есть смещение выходных характеристик вверх.
Входные характеристики. Входные характеристики транзистора с ОЭ (рисунок 3.3) отображают зависимость I6 = f (Uбэ) при Uкэ = const
При Uкэ = 0 оба p-n-перехода транзистора оказываются включенными в прямом направлении. Из эмиттера и коллектора осуществляется инжекция дырок в базу. В цепи базы проходит ток рекомбинации обоих переходов. Поэтому входная характеристика представляет собой ВАХ двух параллельно включенных р-п-переходов.
Рисунок 3.3 - Входные характеристики транзистора с ОЭ
|
При Uкэ < 0 коллекторный переход включается в обратном направлении и в цепи базы проходит ток Iб>0.
Если Uбэ = 0, то Iэ = 0 и в цепи базы проходит ток Iб = - Ikбo. Увеличение напряжения Uбэ сопровождается рекомбинационной составляющей тока базы, и при некотором напряжении Uбэ ток базы становится равным нулю. Дальнейшее увеличение напряжения Uбэ сопровождается ростом тока базы. При увеличении отрицательного напряжения коллектора наблюдается смещение характеристик в сторону оси токов. Это связано с прохождением обратного тока коллектора Ikбo.
Статический коэффициент передачи транзистора по постоянному току определяется как отношение тока коллектора IK к току базы Iб.
βDC = Iк / IБ
Статический коэффициент передачи транзистора по переменному току определяется как отношение приращения тока коллектора Ik к приращению тока базы Iб:
βAC = ΔIк / ΔIБ
Выходными статическими характеристиками транзистора, включенного с ОЭ является семейство характеристик
Ik = f(Uкэ)/ IБ=const
Входными статическими характеристиками транзистора, включенного с ОЭ является семейство характеристик
Iб = f(UБэ) / Uкэ=const
Дифференциальное входное сопротивление Rbx транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ) определяется при фиксированном значении напряжения коллектор-эмиттер Uкэ. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения база-эмиттер к вызванному им приращению тока базы:
Rbx = ΔUбэ/ΔIб = (Uбэ2 - Uбэ1)/(Iб2 - Iб1)
Дифференциальное входное сопротивление транзистора Rbx в схеме с ОЭ через параметры транзистора определяется следующим выражением:
Rbx = Rб + β Rэ
где RБ - распределенное сопротивление базовой области полупроводника, Rэ - дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер, определяемое из выражения: Rэ = 25/Iэ, где Iэ - постоянный ток эмиттера в миллиамперах. Первое слагаемое RБ в выражении много меньше второго, поэтому им можно пренебречь:
Rbx = β Rэ
Дифференциальное сопротивление Rэ перехода база-эмиттер для биполярного транзистора сравнимо с дифференциальным входным сопротивлением Rbx транзистора в схеме с общей базой, которое определяется при фиксированном значении напряжения база-коллектор UБК. Оно может быть найдено как отношение приращения напряжения UБК к вызванному им приращению тока эмиттера Iэ:
Rвхоб = ΔUбэ/ΔIэ = (UБЭ2 - UБЭ1)/(IЭ2 - IЭ1)
Через параметры транзистора это сопротивление определяется выражением:
RВХОБ = RБ/β + RЭ
Первым слагаемым в выражении можно пренебречь, поэтому можно считать, что дифференциальное сопротивление перехода база-эмиттер приблизительно равно:
RВХОБ = RЭ
В режиме отсечки полярности и значения напряжений UKЭ и UБЭ таковы, что коллекторный и эмиттерный переходы смещены в обратном направлении. В этом случае через эмиттерный переход проходит обратный ток IЭБО, а через коллекторный переход - ток IКБО. Во входной цепи проходит ток базы
IБ = IЭБО + IКБО