Характеристики транзисторов

БИПОЛЯРНЫЙ ТРАНЗИСТОР КАК УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

Биполярный транзистор – это полупроводниковый элемент с тремя выводами (базой, эмиттером и коллектором). Биполярные транзисторы эквивалентны паре диодов с p-n переходами, включенными последовательно друг другу. В активном режиме на переход база-эмиттер подается прямое напряжение, а на переход база-коллектор – обратное.

Если к показанной на рис.2.1 цепи прикладывать различные напряжения U_бэ и измерять ток коллектора I_к как функцию U_кэ, то в результате получим семейство выходных характеристик (рис.2.2.) Вблизи оси I_к находится область насыщения, в которой открыты оба перехода, а вблизи оси U_кэ – область отсечки, в которой закрыты оба перехода. В активном режиме ток коллектора зависит главным образом от напряжения база-эмиттер U_бэ.

Рис.2.1. Схема подключения Рис.2.2. Выходные

транзистора с общим характеристики

эмиттером

Если при различных значениях напряжения U_кэ, свойственных активному режиму, нанести на график токи I_к как функции напряжения u_бэ, то получим передаточную характеристику (рис.2.3.). Характеристики почти сливаются, т.к. ток I_к слабо завит от напряжения U_кэ.

Для полного описания поведения транзистора требуется знать входную характеристику (рис.2.4). Эту характеристику образуют значения тока базы I_б от напряжения U_бэ при различных U_кэ. Эти характеристики также почти не зависят от U_кэ.

Сходство характеристики передачи и входной характеристики очевидно. Отсюда следует, что ток I_к приблизительно пропорционален току базы I_б. Коэффициент пропорциональности β называется коэффициентом усиления транзистора по току β = I_к/I_б.

Рис.2.3. Передаточная Рис.2.4. Входная

характеристика характеристика

Уравнения, описывающие поведение транзистора в основном сводятся к поведению диода, эквивалентному переходу база-эмиттер. В семействе передаточных и семействе входных характеристик токи I_б и токи I_к экспоненциально зависят от напряжения U_бэ:

I_б = I_к/b при b = b(U_бэ, U_кэ).

Ток насыщения транзистора I_s лежит в диапазоне 10^-16…10^-17 А, температурный коэффициент U_Т » 26 мВ при комнатной температуре.

Постоянная U_а называется потенциалом Эрли и составляет 30…150 В в транзисторах n-p-n и 30…75 В - транзисторах p-n-p. Потенциал Эрли находится по точке пересечения семейства выходных характеристик с осью абсцисс (рис.2.5). Коэффициент усиления b зависит из-за эффекта Эрли от напряжения U_кэ.

В итоге для режима большого сигнала имеем

,

.

Рис.2.5. Определение напряжения Эрли