Уравнения идеализированных характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, можно получить на основании выражений (4.18) и (4.20), если сделать замену переменных: и .
Тогда получаем:
(4.24)
и
. (4.25)
В уравнение (4.25) подставим . После приведенных подобных членов и деления на будем иметь:
(4.26)
Обозначим
(4.27)
и
.
С учетом этого уравнение (4.26) запишем в виде
(4.28)
Входящий в (4.28) коэффициент получил название коэффициента передачи базового тока. Как следует из (4.27), , если близко к единице (значение обычно лежит в пределах 10¸300). Ток является током в цепи коллектор-эмиттер при нулевом базовом токе.
Его величина в раз больше тока .
Уравнение (4.24) описывает семейство входных, а уравнение (4.28) - семейство выходных характеристик транзистора. Следует иметь в виду, что в эти уравнения напряжения и входят со своим знаком. Поэтому, например, активному режиму работы p-n-p транзистора будет соответствовать и . Семейство идеализированных характеристик транзистора показано на рис.4.13.
|
|
Входные характеристики в схеме с ОЭ по сравнению с аналогичными характеристиками в схеме с ОБ имеют ряд особенностей. Во-первых, кривая при представляет собой вольтамперную характеристику двух включенных параллельно p-n переходов (эмиттерного и коллекторного), находящихся под напряжением . При этом ток представляет сумму токов этих переходов (см.4.24) и может достигать достаточно больших значений, если . При обратном напряжении и условии коллекторный переход закрывается, и ток базы резко уменьшается. Во-вторых, увеличение обратного напряжения смещает характеристики вправо и вниз. Ток базы обращается в нуль при таком прямом напряжении (рис.4.13,а), при котором наступает компенсация
обеих составляющих базового тока, входящих в (4.24), т.е. если
.
В-третьих, при обратном напряжении и постоянном коллекторном напряжении переход база-эмиттер закрывается и в базовой цепи протекает ток . Так как , то .
Основная особенность выходного семейства (уравнение 4.28) заключается в том, что участки характеристик, соответствующие режиму насыщения, располагаются в первом квадранте (а не во втором, как это было в схеме с ОБ на рис.4.10,б). Это легко понять, если учесть, что напряжение на переходе коллектор-база складывается из двух напряжений: . Поэтому при прямом напряжении и изменении обратного напряжения будет изменяться не только величина напряжения , а и его знак. Действительно, если , напряжение становится прямым и транзистор работает в режиме насыщения. Другая особенность состоит, в том, что кривая соответствующая нулевому базовому тику, не является границей режима отсечки в схеме с 0Э, так как в этом случае, эмиттерный переход открыт. Границей режима отсечки является кривая , построенная для (эмиттерный переход закрыт).
|
|
Реальные статические характеристики.
На рис.4.14 приведены реальные статические характеристики транзистора, включенного с ОЭ.
Их можно экспериментально снять с помощью схемы, показанной на рис.1.2. Относительно входных характеристик можно сделать следующие замечания. В реальных транзисторах при постоянном напряжении изменение тока базы, вызванное изменением коллекторного напряжения, происходит по двум причинам. Во-первых, увеличение обратного напряжения на коллекторе приводит к дополнительному увеличению прямого напряжения на эмиттерном переходе. За счет этого ток базы возрастает. Во-вторых, с увеличением обратного напряжения уменьшается ширина базы и, как следствие этого, уменьшается ток базы. Преобладающим является влияние второго фактора, и поэтому с ростом кривые входного семейства сдвигаются вправо и вниз.
Из сравнения рис.4.13 и 4.14 видно резкое отличие реальных выходных характеристик от идеальных. А именно: реальные характеристики в активном режиме имеют значительный наклон, т.е. проявляется существенное влияние коллекторного напряжения на ток . Причем это влияние гораздо более сильное, чем в схеме с ОБ. Физическая сторона этого заключается в следующем. С увеличением отрицательного напряжения ширина базы уменьшается, что приводит к росту тока коллектора и уменьшению тока базы. Но поскольку ток базы должен оставаться постоянным, необходимо для этого увеличить напряжение на эмиттерном переходе величины, при которой ток базы примет прежнее значение. Но с увеличением напряжения возрастает ток , что и ведет к дополнительному росту тока коллектора. Наклон характеристик оказывается достаточно большим.
Учет влияния эффекта модуляции ширины базы в схеме с ОЭ для активного режима работы транзистора может быть сделан на основе выражения (4.23). Из него легко получается
(4.29)
где
(4.30)
дифференциальное сопротивление коллекторного перехода в схеме с 0Э. Это сопротивление, как видно из (4.30), значительно меньше дифференциального сопротивления коллекторного перехода в схеме с ОБ.
Кроме того, кривые выходного семейства значительно сгущаются при больших токах базы. Это связано с тем, что с ростом тока коэффициент передачи начинает несколько уменьшаться (рис.4.12) Последнее вызывает резкое уменьшение коэффициента передачи базового тока (рис.4.16).
Дальнейшее, увеличение обратного напряжения на коллекторе так же, как и в схеме с ОБ, приводит к резкому увеличению тока , т.е. к пробою. Рассмотрим работу транзистора в схеме с ОЭ при отключенной базе (рис.4.17). В первый момент после подключения обратного напряжения ток в цепи равен обратному току отдельно взятого коллекторного перехода . Он образован током дырок из базы в коллектор и током электронов из коллектора в базу, Уход из базы дырок и приток в нее электронов приводят к образованию отрицательного заряда в базе. Вследствие этого потенциальный барьер эмиттерного перехода снижается и из эмиттера в базу входят дырки. Большая их часть проходит через базу к коллектору, а другая, меньшая, составляющая часть тока эмиттера, участвует в компенсации отрицательного заряда в базе. Из условия электронейтральности вытекает, что ток, образующий заряд, должен быть равен току, его компенсирующему, т.е.
.
Поскольку постоянный ток в последовательной цепи всюду одинаков, то
. (4.31)
Отсюда видно, что небольшое увеличение тока , например за счет лавинного умножения, приводит к значительному увеличению тока , а следовательно, к увеличению тока . Вследствие этого напряжение пробоя транзистора в схеме с ОЭ оказывается меньше, чем .
|
|
Напряжение можно оценить, если в 14.31) учесть лавинное размножение носителей в коллекторном переходе и записать
. (4.32)
Тогда из условия пробоя следует, что учетом выражения , получаем
(напомним, что ) Экспериментальные измерения показывают, что для транзисторов .
В схеме с ОЭ в цепь базы в большинстве случаев включается резистор с сопротивлением . При работе транзистора в режиме отсечки в предпробойном состояния через него протекает ток , который создает на этом сопротивлении падение напряжения . За счёт этого эмиттерный переход получает дополнительное прямое смещение и коллекторный ток возрастает. Напряжение пробоя становится меньше, чем . Его обозначают символом . На рис.4.18 показан характер зависимости от напряжения в цепи базы.
В схеме с ОЭ наблюдается еще специфический пробой, вызванный так называемым эффектом смыкания переходов: при достаточно большом обратном напряжении коллекторный переход, расширяясь, занимает всю базовую область. Ширина базы делается равной нулю, а коэффициент перехода . Так же коэффициент передачи резко возрастает, а практически имеет место пробой транзистора.