Основи електроніки (стр. 11 )

3.4 Статичні характеристики транзистора

Статичні характеристики транзистора відображають залежність між струмами і напругами на його вході і виході. Одним сімейством характеристик цю залежність показати неможна. Тому необхідно користуватися двома родинами статичних характеристик транзистора. Найбільшого поширення отримали вхідні та вихідні статичні характеристики для двох основних схем включення - із загальною базою і з загальним емітером.

Для схеми із загальною базою вхідна характеристика являє собою залежність струму емітера Іе від напруги між емітером і базою Uеб при постійній величині напруги між колектором і базою Uкб

Типові вхідні статичні характеристики транзистора для схеми з загальною базою наведені на рис. 10.10, а. З малюнка видно, що вхідні характеристики аналогічні вольт-амперній характеристиці р п-переходу для прямого струму, причому зміна напруги Uкб слабо впливає на струм емітера. Це пояснюється тим, що електричне поле, створюване напругою Uкб, у схемі із загальною базою майже повністю зосереджено в колекторному переході і має незначний вплив на проходження зарядів через емітерний перехід. Так, на рис. 4, а вхідні характеристики, зняті при Uкб ≠0, практично зливаються. Тому в довідниках зазвичай приводять лише дві вхідні характеристики для даного типу транзистора - одну, зняту при Uкб =0 і другу, зняту при Uкб ≠0, наприклад -5 В.
Вихідні характеристики транзистора для схеми з загальною базою зображують залежність струму колектора від напруги на колекторі при постійних значеннях емітерного струму

Рис.4

Рис. 1010

Зразковий вид вихідних статичних характеристик транзистора зображений на рис. 4, б. З малюнка видно, що при нормальній робочій полярності напруги Uкб , коли колекторний перехід працює в зворотному напрямку, вихідні характеристики представляють собою майже прямі лінії, що йдуть з дуже невеликим нахилом. Це пояснюється тим, що колекторний струм створюється за рахунок дифузії носіїв зарядів, що проникають з емітера через базу в колектор. Тому величина колекторного струму визначається головним чином величиною струму емітера і незначно залежить від напруги Uкб, прикладеної до колекторного переходу. Навіть при Uкб = 0 відбувається явище екстракції і струм колектора може мати досить велику величину, що залежить від величини струму емітера.

При Іе = 0 характеристика виходить з початку координат, а потім йде на невеликій висоті майже паралельно осі абсцис. Вона відповідає звичайній характеристиці зворотного струму р - п-переходу. Струм ІКБО, який визначається такою характеристикою, є неуправляємий і являє собою один з параметрів транзистора. З рис. 4, б видно також, що при зміні полярності напруги Uкб струм Ік різко зменшується і досягає нуля при значеннях Uкб порядку десятих вольта. В цьому випадку колекторний перехід працює в прямому напрямку, струм через цей перехід різко зростає і йде в напрямку, зворотному нормальному робочому току. При цьому транзистор може вийти з ладу. Тому ділянки характеристик, показані на рис. 4, б пунктирними лініями, не є робочими і зазвичай на графіках не наводяться.

Для схеми із загальним емітером статичної вхідної характеристики є графік залежності струму бази ІБ від напруги UБЕ при постійному значенні Uке при Uке=const

Вихідними характеристиками транзистора для схеми з загальним емітером є залежності струму колектора від напруги між колектором і емітером при постійному струмі бази

при ІБ= const.

Типові вхідні та вихідні статичні характеристики транзистора для схеми з загальним емітером показані на рис. 5.

З рис. 5, а видно, що зі зростанням напруги Uке струм ІБ зменшується. Це пояснюється тим, що при збільшенні Uке зростає напруга, прикладена до колекторного переходу в зворотному напрямку, зменшується ймовірність рекомбінації носіїв заряду в базі ', так як майже всі носії швидко втягуються в колектор.

Рис.5

 

Рис. 6

Для пояснення ходу вихідних характеристик (рис. 5, б) звернемося до рис. 6, з якого видно, що в схемі із загальним емітером напруга, прикладена до колекторного переходу, дорівнює так як ці напруги між точками колектор - база виявилися включеними зустрічно. Тому при напруга на колекторному переході виявляється включеною в прямому напрямку. Це призводить до того, що крутизна вихідних характеристик на початкових ділянках від Uке і до велика. На ділянці крутизна характеристик зменшується, вони йдуть майже паралельно осі абсцис. Положення кожної з вихідних характеристик залежить, головним чином, від величини струму бази.

3.5 Динамічний режим роботи транзистора.

В практичних схемах транзисторних підсилювачів у вихідний ланцюг транзистора поряд з джерелом живлення включають опір навантаження, а у вхідні - джерело підсилюваного сигналу.
  Режим роботи транзистора з навантаженням називається динамічним. В цьому режимі струми і напруги на електродах транзистора не залишаються постійними, а безперервно змінюються. Розглянемо роботу транзистора, включеного за найбільш поширеною схемою з загальним емітером, у динамічному режимі (рис. 7, а). У цій схемі напруга джерела живлення Ек розподіляється між ділянкою колектор - емітер (виходом схеми) і навантажувальним опором Rн так, що напруга

Цей вираз представляє собою рівняння динамічного режиму для вихідного кола. Зміни напруги на вході транзистора викликають відповідні зміни струму емітера, бази, а отже, і струму колектора Ік;. Це призводить до зміни напруги на Rн в результаті чого змінюється і напруга

Рис. 7

Звернемо увагу на те, що живлення транзистора в розглядаємій схемі (як і в будь-якій інший схемі з загальним емітером) здійснюється від одного джерела Ек. Напруга на емітерний перехід подається через резистор Rб у ланцюзі бази. Величина опору цього резистора визначає вихідну величину постійного струму бази транзистора при відсутності вхідного сигналу. Характеристики транзистора, що знаходиться в динамічному режимі, відрізняються від характеристик статичного режиму, так як вони визначаються не тільки властивостями самого транзистора, але і властивостями елементів схеми. Найбільш часто використовуються вихідні і вхідні динамічні характеристики. На рис. 7, б зображені вихідні статичні характеристики транзистора і проведена динамічна характеристика ( пряма навантаження) АВ, яка відповідає опору навантаження.

Положення навантажувальної прямої на статичних характеристиках однозначно визначається напругою джерела живлення Ек опором резистора Rн. Точка В перетину навантажувальної прямої з віссю напруг збігається з точкою, в якій напруга на колекторі дорівнює Ек. Дійсно, ця точка відповідає випадку, коли струм колектора дорівнює нулю. При цьому струм в опорі навантаження відсутній і падіння напруги на опорі навантаження дорівнює нулю. Отже, вся напруга джерела живлення Ек виявляється прикладеною до ділянки колектор - емітер транзистора.

Точка А перетину навантажувальної прямої з віссю струмів збігається з точкою, для якої задовольняється умова

так як струм колектора в разі, якби транзистор можна було відкрити повністю (або закоротити), обмежувався б тільки величиною опору Rн.

Всі проміжні положення точок на лінії навантаження характеризують можливі напруги і струми у відповідних колах транзистора при подачі сигналу з урахуванням опору навантаження. Будь-якому струму бази відповідають цілком певні значення струму колектора і колекторної напруги. Так, наприклад, якщо в режимі спокою (до надходження вхідного сигналу) був встановлений струм бази Ібз, то робоча точка Р на навантажувальній прямій вкаже відповідні цьому струму значення Ікр і Uкер (рис. 7, б) Вхідна динамічна характеристика являє собою залежність вхідного струму від вхідної напруги в динамічному режимі (рис. 7, в).

Щоб побудувати вхідну динамічну характеристику, потрібно для кожної напруги на колекторі (для якого є статична вхідна характеристика) визначити по вихідний динамічній характеристиці відповідний струм бази. Потім на вхідних статичних характеристиках слід зазначити точки, які відповідають знайденим значенням струмів бази. Якщо тепер з'єднати ці точки (А ', Р', В' на рис. 7, в) плавною кривою лінією, то отримаємо вхідну динамічну характеристику транзистора.