Лекция 7. Статические характеристики транзисторов

Как было показано в предыдущей лекции, токи в транзисторе зависят от напряжений на всех его выводах. Вольтамперные характеристики транзистора снимают между двумя выводами при фиксированном значении напряжения или тока на третьем, поэтому такие характеристики называются статическими. Изменяя фиксированное значение напряжения или тока, получают семейство статических вольтамперных характеристик, вид которых зависит от схемы включения транзистора. Рассмотрим эти характеристики и схемы для их получения.

7.1. Статические характеристики транзистора в схеме об

Чтобы снять вольтамперные характеристики транзистора в схеме ОБ, необходимо собрать схему, представленную на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Схема для снятия вольтамперных характеристик транзистора в схеме ОБ

Схема содержит два источника питания: +Е_ЭБдля эмиттерной иЕ_КБдля коллекторной цепи. Для изменения напряжения на эмиттере предназначен переменный резисторR1, а на коллекторе –R2. Вольтметры и амперметры измеряют напряжения и токи эмиттера и коллектора.

Статические характеристики транзистора бывают входные и выходные. Для схемы ОБ входная характеристика определяется выражением

, (7.1)

а выходная

. (7.2)

Графики статических характеристик для схемы ОБ представлены на рис. 7.2.

Семейство входных статических характеристик для открытого перехода эмиттер-база напоминает прямую ветвь вольтамперной характеристики диода. До порогового напряжения переход закрыт, и ток не проходит. При U_КБ= 0 переход коллектор-база замкнут накоротко (резисторR2 в нижнем по схеме положении), и не влияет на ток эмиттераI_Э. С увеличениемU_КБпроисходит уменьшение толщины базы (эффект Эрли), вследствие чего ток эмиттера начинает возрастать. Снижается входное сопротивление транзистора, входная характеристика смещается влево.

Рис. 7.2. Статические характеристики транзистора в схеме ОБ

Семейство выходных статических характеристик для закрытого перехода коллектор-база напоминает обратную ветвь вольтамперной характеристики диода с одним отличием. При U_КБ= 0 и токе эмиттераI_Э0 ток коллектора не равен нулю. Это объясняется тем, что в транзистор втекает большой ток эмиттера от источника +Е_ЭБ, вытекает маленький ток базыI_Б, а то, что осталось, поступает в коллектор, и образует ток коллектораI_К, который замыкается через резисторR2. Чтобы ток коллектора прекратился, на коллектор следует подать положительное напряжение относительно базы. Величина этого напряжения определяется по кривым графика, лежащим левее оси нулевого напряжения на коллекторе. В этой области транзистор находится в режиме насыщения.

Согласно основному уравнению токов в транзисторе (6.1), ток коллектора всегда меньше тока эмиттера на величину тока базы. Из графика выходной характеристики видно, что ток коллектора практически не изменяется при увеличении напряжения на коллекторе. Это показывает, что выходное сопротивление транзистора в схеме ОБ высокое. Транзистор по выходу работает в режиме генератора тока.

7.2. Статические характеристики транзистора в схеме оэ

Чтобы снять вольтамперные характеристики транзистора в схеме ОЭ, необходимо собрать схему, представленную на рис. 7.3.

Рис. 7.3. Схема для снятия вольтамперных характеристик транзистора в схеме ОЭ

Схема содержит два источника питания: Е_БЭдля базовой иЕ_КЭдля коллекторной цепи. Для изменения напряжения на базе предназначен переменный резисторR1, а на коллекторе –R2. Вольтметры и амперметры измеряют напряжения и токи базы и коллектора.

Для схемы ОЭ входная характеристика определяется выражением

, (7.3)

а выходная

. (7.4)

Графики статических характеристик для схемы ОЭ представлены на рис. 7.4.

Рис. 7.4. Статические характеристики транзистора в схеме ОЭ

Семейство входных статических характеристик для открытого перехода база-эмиттер также напоминает прямую ветвь вольтамперной характеристики диода. До порогового напряжения переход закрыт, и ток не проходит. При U_КЭ= 0 переход коллектор-эмиттер замкнут накоротко (резисторR2 в нижнем по схеме положении), и не влияет на ток базыI_Б. С увеличениемU_КЭпроисходит уменьшение толщины базы (эффект Эрли), вследствие чего ток базы начинает уменьшаться. Повышается входное сопротивление транзистора, входная характеристика смещается вправо.

Семейство выходных статических характеристик также напоминает обратную ветвь вольтамперной характеристики диода, но отличается от вида выходных характеристик схемы ОБ. При U_КЭ= 0 ток коллектора тоже равен нулю, независимо от величины тока базыI_Б. Это объясняется тем, что под воздействиемЕ_БЭиз эмиттера в базу проходит малое число зарядов, которые все рекомбинируют в базе и не проходят в коллектор. В области малых напряжений на коллекторе (1…1,2 В) транзистор находится в режиме насыщения.

С увеличением напряжения на коллекторе U_КЭвсё больше зарядов проникает из эмиттера в коллектор, ток коллектора возрастает. На графике выходных характеристик это видно сначала по резкому увеличению тока в области малых напряжений на коллекторе, затем по плавному увеличению тока в области средних напряжений и искривлению характеристик в области больших напряжений на коллекторе. Отсюда можно сделать вывод, что выходное сопротивление транзистора в схеме ОЭ получается значительно меньше, чем в схеме ОБ.