Режими роботи і статичні характеристики біполярних транзисторів

Поряд з описаним активним режимом транзистор в ряді імпульсних, ключових та інших схем транзистор може працювати в режимі відсікання або в режимі насичення.

В режимі відсічення обидва переходи зміщені в зворотному напрямку, отже через них течуть зворотні струми.

При підключенні обох батарей в прямому напрямку транзистор працює в режимі насичення – обидва переходи відкриті, а інжекція носіїв в базу має місце як з боку емітера, так і з боку колектора.

Розрізняють також ще інверсний режим роботи при якому емітерний перехід зміщений в зворотньому напрямі, тобто закритий, а колекторний – в прямому, тобто відкритий. Коефіцієнт передачі в інверсному режимі значно менший ніж в активному режимі, оскільки концентрація носіїв заряду в емітері значно вища концентрації концентрації носіїв в колекторній області.

Для кожної схеми включення існує чотири види статичних характеристик:

1. Вихідні: ; .

2. Керуючі (характеристики прямої передачі): ; .

3. Вхідні: ; .

4. Прохідні (характеристики зворотного зв’язку): ; .

Керуючі та вхідні характеристики, як правило, зображаються у вигляді однієї-двох кривих, що зумовлено слабкою залежністю вихідного струму івід вхідної напруги U _вих.

Для кожної схеми ввімкнення з чотирьох видів характеристик незалежними є тільки дві. Тому, як правило, для аналізу використовуються тільки вхідні і вихідні характеристики.

Вхідна характеристика для схеми зі спільною базою являє собою залежність струму емітера І _Е від напруги між емітером і базою U _еб, при постійній напрузі між колектором і базою U _кб – І _Е = (U _еб) при U _кб = const (рис. 3.6). Оскільки І _Е практично не залежить від U _кб, то такі характеристики розміщуються дуже близько одна біля одної і вони зображаються одною або двома лініями.

Вихідна характеристика для схеми зі СБ являє собою залежність струму колектора І _к від напруги між колектором і базою І _б при постійному струмі емітера І _Е (рис. 3.7). І _к = (U _кб), при І _Е = .

Рисунок 3.6 – Вхідна характеристика для схеми зі СБ

Рисунок 3.7 – Вихідні характеристики транзистора для схеми зі СБ

Вихідні характеристики майже паралельні осі напруг. Наявність невеликого нахилу пояснюється тим, що колекторна напруга має слабкий кінцевий вплив на рух носіїв до колекторного переходу. Кожна характеристика різко зростає в області, близькій до пробою.

При ввімкненні транзистора по схемі з СЕ статичні характеристики описуються залежностями

; – вихідна характеристика;

; – вхідна характеристика.

Вихідні характеристики для схеми з СЕ мають великий нахил в порівнянні з характеристиками для схеми з СБ, що пояснюється більш сильним впливом U_к на коефіцієнт передачі струму.

Крім того, при вмиканні транзистора за схемою з СЕ на величину І _к має вплив ефект лавинного множення носіїв в колекторному переході. Тому різке збільшення струму колектора в передпробійній області починається для схеми з СЕ при більш низьких напругах, ніж в схемі з СБ. Цим зумовлюється той факт, що допустима колекторна напруга для схеми з СЕ менша в порівнянні з схемою з СБ.

Можна показати, що мінімальне значення колекторного струму І _к = І _к0 має місце при струмі бази: І _б = – І _к0.

Звідси випливає, що транзистор в схемі з СЕ в діапазоні струмів бази від 0 до – І _к0 керується від’ємним вхідним струмом.

Вхідні характеристики схеми з СЕ мають такий же вигляд як і для схеми з СБ і розміщуються близько одна біля одної, і тому при розрахунках, як правило, використовують одну характеристику. На відміну від схеми з СБ вхідні характеристики схеми з СЕ більш лінійні.

Характеристики схеми з СК багато в чому спільні з характеристиками схеми з СЕ, оскільки в обох схемах вхідним є струм бази, а вихідні (І _Е, І _К) відрізняються мало. Тому для практичних розрахунків в якості вихідних характеристик схеми з СК можна використовувати вихідні характеристики схеми з СЕ, якщо замінити І _К на І _Е. Вхідні характеристики схеми з СК по формі збігається з вхідними характеристиками схеми з СЕ, але зміщені по осі напруг вправо на величину падіння напруги на колекторному переході.