твердотіла електроніка / презентації лекцій ТТЕ Холод Т.С / 3тя тема БТ

+-

UЕБ

Рисунок 3.22 – БТ зі спільним емітером при UКЕ 0

При збільшенні напруги UБЕ починає зростати струм IE , а разом з ним – рекомбінаційна складова струму бази

IБ рек	(1 h21Б )IЕ . Струм			IБ зменшується за модулем,
оскільки IБ		рек	спрямований у колі бази назустріч		I КБ	0	.
При	деякій	напрузі UБЕ		струм бази дорівнює	нулю.

Подальше зростання струму бази зумовлене зростанням

рекомбінаційної	складової	IБ	рек	,		яка		починає
перевищувати зворотний струм колектора						I КБ	0	.
Унаслідок	того, що струм		I КБ		0	невеликий, на

більшості характеристик БТ зі спільним емітером у довіднику області негативних струмів бази не зображають.

Вихідні характеристики
Це залежності IK	f (UKE )		IБ const	(рис. 3.23).
Межею між РВ та АР є характеристика, що знята при
струмі бази IБ I КБ	. Це обумовлено			особливостями
0

вхідних характеристик схеми зі спільним емітером, тобто

тим, що IБ I КБ	0	лише при позитивних напругах UБЕ (у
режимі відсічки). Вихідна характеристика при			IБ 0
відповідає випадку, коли
		(1 h21Б )IЕ IКБ .	(3.37)
		0

31

Рисунок 3.23 – Статичні вихідні характеристики БТ зі спільним емітером

При цьому зростання негативної напруги UKЕ приводить до збільшення напруги UБЕ , при якій зберігається

умова (3.37), як це випливає з сім’ї вхідних характеристик (рис. 3.21). Остання обставина викликає зростання

емітерного IЕ		і, як наслідок, колекторного IK струмів.
При подальшому					збільшенні			струму IБ			вихідні
характеристики змінюються за законом
								UКБ
I	K	h	I	Б	(1 h	)I	КБ0	(e T 1).			(3.38)
		21E			21E

Нееквідистантність зміщення характеристик у бік більших струмів колектора зумовлена характером залежності h21E f (IБ ) (рис. 3.24).

Характер проходження вихідної характеристики БТ

при фіксованому	струмі бази	IБ 0 пояснюється
наступним чином.	При UКЕ 0	за рахунок того, що

потенціал бази нижчий, ніж однакові потенціали емітера і колектора, ЕП і КП увімкнено в прямому напрямі, і БТ перебуває у РН.

32

Рисунок 3.24 – Залежність h21E f (IБ )

Тепер, якщо збільшувати негативний потенціал на колекторі ( UКЕ 0 ), потенціальний бар’єр КП

збільшується, інжекційна складова колекторного струму спадає, а керований струм колектора за рахунок зростаючої екстракції дірок з бази до колектора збільшується. При збільшенні напруги UКЕ 0 до

настання рівності UKE UБЕ струм IК різко зростає за рахунок розсмоктування дірок, що нагромадились у базі в РН. При виконанні рівності UKE UБЕ транзистор

переходить до АР, зростання колекторного струму сповільнюється, що на характеристиках рисунка 3.23 відповідає початку пологої ділянки. Важливим є те, що нахил вихідних характеристик БТ зі спільним емітером на пологій ділянці більший за нахил відповідних характеристик БТ зі спільною базою, тобто у ССЕ струм IК зростає

при збільшенні колекторної напруги швидше, ніж у ССБ. Це зумовлено двома причинами.

1 Напруга UКЕ , на відміну від вихідної напруги UКБ у ССБ, розподіляється між ЕП та КП, а не прикладена лише до КП. Тому при збільшенні UКЕ дещо зростає й напруга UБЕ , що приводить до збільшення емітерного IЕ , а отже, і колекторного IК струмів.

2 Зростання негативної напруги UКЕ приводить до збільшення товщини КП і зменшення активної ширини

33

бази . Це приводить до зменшення рекомбінаційного струму бази, бо зменшується ймовірність рекомбінації дірок з електронами. Однак при одержанні вихідних характеристик БТ зі спільним емітером потрібно підтримувати струм бази IБ IБ рек (1 h21Б )I Е саме

постійним. Тому зменшення струму бази можна

компенсувати збільшенням струму емітера			IЕ	(за рахунок
збільшення напруги UБЕ ). А ця обставина викликає
додаткове зростання колекторного струму IК .
		Характеристики прямої передачі
Характеристиками прямої передачі			є	залежності
IK f (IБ )		UKE const (рис. 3.25).

Рисунок 3.25 – Характеристики прямої передачі БТ зі спільним емітером

Реальні характеристики відрізняються від лінійних, і їх нахил деякою мірою залежить від напруги UКЕ . Швидкість

зростання IК із зростанням струму бази зменшується. Це зумовлено залежністю h21E f (IБ ) (рис. 3.24). Знаходження характеристики прямої передачі при UКЕ у від’ємному квадранті пояснюється тим, що в РН колекторний струм БТ має напрям, протилежний напряму IК в АР.

34

Характеристики зворотного зв’язку

Залежності IБ f (UKЕ )		IБ	const	показано на рисунку
3.26. Збільшення напруги UКЕ			приводить до зменшення

активної ширини бази , зменшення струму бази. Для підтримання постійного значення IБ потрібно збільшувати

емітерний струм IЕ , підвищуючи напругу UБЕ .

Рисунок 3.26 – Характеристики зворотного зв’язку БТ зі спільним емітером

3.2.3 Статичні характеристики біполярного транзистора у схемі зі спільним коллектором

Вхідні характеристики БТ у ССК

IБ f (UБК )		UEК const показано на рисунку 3.27.

При UБК UEК ЕП включено у зворотному напрямі і через базу протікає лише зворотний струм колектора I КБ0 . При UБК UЕK ЕП відкривається, струм бази змінює свій напрям і збільшується при зменшенні напруги UБK . Це відбувається тому, що при зменшенні UБK зростає напруга UEБ , оскільки вихідна напруга UEK підтримується постійно. Але це приводить до зростання струму емітера IЕ і зв’язаного з ним струму бази IБ .

35

Рисунок 3.27 – Статичні вхідні характеристики БТ зі спільним колектором

Вихідні характеристики транзистора зі спільним колектором IЕ f (UKE ) при IБ const майже нічим не відрізняються від вихідних характеристик схеми зі спільним емітером, тому що IЕ IK , а UЕК UКE .

3.2.4 Вплив температури на статичні характеристики транзисторів

Температурна залежність вихідних або вхідних характеристик зумовлена зміною відповідно колекторного або емітерного струму при зміні температури.

Схема зі спільною базою

У ССБ, згідно з рівнянням (3.10), зміна колекторного струму при постійному струмі емітера

dIK IE dh21Б dIKБ0 .

Відносна зміна струму колектора

dI

I

dIKБ

dh

IKБ

dIКБ

K

E

dh

0

=

21Б

0

0

.

(3.39)

21Б

h21Б

IK

IКБ0

IK

IK

IK

36

Коефіцієнт передачі струму емітера h21Á від температури майже не залежить, тому температурна зміна h21Б не

впливає на дрейф характеристик. Другий доданок у формулі (3.39) визначає температурний дрейф характеристик, викликаний температурною зміною

зворотного струму колектора I КБ :
					0
	I	КБ0	(T ) I	КБ0	(T )ea(T2 T1) ,	(3.40)
			2		1
де IКБ0 (T1)	- зворотний струм при температурі T1 ;
IКБ (T2 )	- зворотний струм при температурі					T2 ;
0

a 0, 09 1K - для германію;

a 0,13 1K - для кремнію.

У практичних розрахунках вважається, що величина I КБ0 подвоюється при зростанні температури на 10 С для

германієвих БТ і на 8 С - для кремнієвих БТ. Але вплив другого доданка формули (3.39) на температурний дрейф вихідних характеристик є незначним, оскільки для

більшості транзисторів I КБ0 / IК 10 3 10 6 .

Саме тому температурні зміни вихідних характеристик БТ зі спільною базою невеликі (рис. 3.28).

Значно більшої температурної зміни зазнають вхідні характеристики.

UЕБ

Відомо, що I E IEБ0 e Т (UЕБ T ) ,

де I EБ0 - зворотний струм емітера, залежність якого від температури така сама, як і струму I КБ0 .

37

IК

I

E

I

E

50o C	I
	E
2 0 o C	IE 0
0	UКБ

Рисунок 3.28 – Температурний дрейф вихідних характеристик БТ зі спільною базою

Унаслідок цього залежність емітерного струму від температури набирає вигляду

				UЕБ
I	E	(T ) I	EБ0	(T )e Т		ea(T2 T1) .	(3.41)
		2		1

Тому збільшення температури супроводжується зростанням струму емітера і зміщенням вхідних характеристик у бік більших струмів (рис. 3.29).

Рисунок 3.29 – Температурний дрейф вхідних характеристик БТ зі спільною базою

Як правило, вважають, що при зміні температури на один градус характеристики зміщуються вліво на 1 - 2 мВ.

Схема зі спільним емітером

Для оцінки температурної зміни вихідних характеристик БТ у ССЕ визначимо повний диференціал від рівняння (3.20):

38

dIK (IБ IКБ0 )dh21E (1 h21E )dIКБ0 , dIБ 0 , оскільки у вихідних характеристиках

Оскільки h21E		h21Б	, то
		h21Б
1

dh		d		h
21E				21Б
dh21Б		dh21Б		1 h21Б

Отже,

	(1 h21Б )2 .

(3.42)

IБ = const.

dI

K

IБ

IKБ

(1 h

)2 dh

(1 h

IKБ

dIKБ

0

)

0

0

.

ССЕ

IK

IK

12E

21Б

12E

IK

IKБ

0

Оскільки 1 h

h21Е

і

(I

Б

I

КБ0

)h

I

Е

, то врешті

21E

h21Б

21Е

отримуємо

dI

K

(1 h

dh

IKБ

dIKБ

)

21Б

0

0

,

I

ССЕ

12Е

h

I

I

K

K

KБ0

21Б

dIK

(1 h

)

IK

.

(3.43)

IK

ССЕ

12Е

IK

З цього виразу бачимо, що температурний дрейф вихідних характеристик БТ зі спільним емітером в (1 h21E ) разів більший, ніж у ССБ. Це суттєвий недолік

схеми зі спільним емітером (рис. 3.30).

39

Рисунок 3.30 – Вплив температури на вихідні характеристики БТ зі спільним емітером

Вхідні характеристики БТ у ССЕ також зазнають змін при зміні температури (рис. 3.31). Збільшення температури викликає зростання струмів IКБ0 та IБ рек , які спрямовані у

колі бази назустріч один одному. Тому вхідні характеристики, зняті при різних температурах, перетинаються при малих струмах бази (т. IБ0 на рисунку 3.31).

Рисунок 3.31 – Вплив температури на вхідні характеристики БТ зі спільним емітером

3.2.5 Граничні режими транзистора

При кімнатній температурі іонізовані всі атоми домішок і невелика частина атомів основної речовини НП (чистого НП). Завдяки цьому, в емітерній, колекторній і базовій областях БТ забезпечуються потрібні концентрації основних і неосновних носіїв. З підвищенням температури

40