Режимы работы транзистора

Полярность напряжений и направление токов на схемах в табл. 6.1 справедливы для нормального активного режима работы транзистора. В этом режиме переход эмиттер-база открыт, а переход коллектор-база закрыт.

Различают ещё три режима работы транзистора: режим отсечки, режим насыщения и инверсный режим.

В режиме отсечки оба перехода транзистора закрыты. Для перевода транзистора в этот режим изменяют полярность напряжения U_ЭБ, подключая минус к эмиттеру, а плюс – к базе. Через закрытые переходы протекают только малые обратные токи I_э0 и I_к0. Эти токи создаются не основными носителями зарядов, а величина токов практически не зависит от напряжений U_ЭБ и U_КБ.

В режиме насыщения оба перехода транзистора открыты. Для перевода транзистора в этот режим изменяют полярность напряжения U_КБ, подключая плюс к коллектору, а минус – к базе. Напряжение на открытых переходах составляет 0,1…0,6 В. Не основные носители зарядов могут проходить через базу в обоих направлениях, а конкретное направление тока зависит от соотношения U_ЭБ и U_КБ.

В инверсном режиме переход эмиттер-база закрыт, а переход коллектор-база открыт. Для перевода транзистора в инверсный режим одновременно изменяют полярность источников питания U_ЭБ и U_КБ. Поскольку конструкция современных транзисторов несимметрична (толщина области коллектора больше толщины области эмиттера), на закрытый переход эмиттер-база нельзя подавать большое напряжение. Обычно U_ЭБ £ 5 В. В таком режиме коэффициенты передачи тока транзистора уменьшаются, поэтому инверсный режим в современной схемотехнике практически не используется.

Следует отметить, что зависимость тока коллектора от тока базы в схеме ОЭ и от тока эмиттера в схеме ОБ с учётом обратного тока закрытого коллекторного перехода I_к0 отличается от основного уравнения токов транзистора (6.1) и определяются формулами:

для схемы ОЭ I_к = b(I_б + I_к0); (6.5)

для схемы ОБ I_к = aI_э + I_к0,

где I_к0 – обратный ток перехода база-коллектор при токе I_э = 0.

Рассмотрим пример, в котором учитывается эта зависимость.

Пример расчёта токов транзистора в нормальном активном режиме

Коэффициент передачи тока базы транзистора b = 50, обратный ток перехода коллектор-база I_к0 = 10 мкА. Рассчитать токи I_к, I_э, I_б при включении по схеме ОБ и ОЭ, если ток коллектора был одинаковый в обеих схемах, а соотношение токов I_э = 55×I_б. Как изменится ток эмиттера в схеме ОЭ при изменении тока базы на 50 мкА?

Решение. Воспользуемся формулами (6.4) и (6.5).

В соответствии с условиями задачи можно записать:

;

I_к = b(I_б + I_к0) = 50 (I_б + 10);

I_к = aI_э + I_к0 = 0,98×55×I_б + 10;

или I_к = 50×I_б + 500;

I_к = 54×I_б + 10.

Решая эту систему относительно тока базы, находим 4×I_б = 490 мкА или I_б = 0,122 мА. Ток эмиттера в схеме ОБ I_э = 55×I_б = 6,7 мА. Ток коллектора можно найти по любому уравнению I_к = b(I_б + I_к0) = 50 (0,122 + 10) = 6,6 мА.

При изменении тока базы на DI_б = 50 мкА ток коллектора изменится на

DI_к = bDI_б = 50×50 = 2500 мкА = 2,5 мА;

а изменение тока эмиттера равно сумме изменений этих токов

DI_э = DI_к + DI_б = 2,55 мА.

Более подробные сведения о расчётах токов транзисторов приведены в литературе [20, 22].

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются полевые и биполярные транзисторы?

2. По каким параметрам классифицируются биполярные транзисторы?

3. Расшифруйте обозначение КТ315А, ГТ404Б.

4. Нарисуйте схемы включения ОБ и ОЭ биполярного транзистора структуры p-n-p, работающего в нормальном активном режиме. Укажите полярность питающих напряжений и направление токов.

5. Нарисуйте схемы включения ОБ и ОЭ биполярного транзистора структуры n-p-n, работающего в нормальном активном режиме. Укажите полярность питающих напряжений и направление токов. В чём отличие от аналогичных схем транзистора структуры p-n-p?

6. Охарактеризуйте состояние переходов транзистора (открыт, закрыт) в режимах отсечки, насыщения и инверсном.

7. Как влияет обратный ток закрытого коллекторного перехода на величину коэффициентов передачи тока эмиттера и тока базы транзистора? Отличаются ли значение коэффициентов А и a, В и b и почему?