Схема с общим эмиттером (ОЭ)

Так как тепловой ток (ему соответствует параметр — мощность, или по-другому — входной энергетический сигнал) управляет закрытым переходом, то в схеме с общим эмиттером (ОЭ) между переходами возникает многократное отражение этого сигнала - оба перехода играют роль зеркал, а кратность отражения соответствует коэффициенту β. Как известно, β изменяется в зависимости от протекающего тока (эффект Кирка).

Рассмотрим работу схемы с ОЭ, применяя тот же метод остановки времени — с помощью временных моментов:

Рис. 2.4.5. Момент 1

Момент 1. Включение цепи - токи ещё не начались. Здесь на рис. 2.4.5 транзистор показан в виде 3-х областей NPN, Rвх — входное сопротивление, принадлежащее цепи входного сигнала, Rн — сопротивление нагрузки (или сопротивление для измерения токов коллектора), Eб — источник напряжения, представляющий из себя входной сигнал, Eк — батарея цепи коллектора. Полярности включения Eб и Eк отмечены знаками «+» и «−».

Рис. 2.4.6. Момент 2

Момент 2. Через переход протекает ток входного сигнала. Возникает выход тепловой энергии из перехода база-эмиттер и возникает явление теплопередачи посредством эстафетного тока электронов (на рис. 2.4.6 эстафетный ток обозначен двунаправленными стрелками фиолетового цвета). В переходе база-эмиттер возникает ЭДС согласно ВАХ этого перехода. Синими стрелками обозначен прямой ток в переходе база-эмиттер.

Стоит предварительно сказать о величине тока Ib и процессе многократных отражений. Первоначально величина Ib имеет максимальную величину, но с каждым последующим отражением величина этого тока будет уменьшаться. Если входной сигнал подаётся на вход через стабилизатор тока, то с каждым последующим процессом отражения возникает явление смещения входной характеристики в сторону больших напряжений, что как раз и показывает уменьшение величины Ib.

Рис. 2.4.7. Момент 3

Момент 3. Эстафетный ток достиг потенциальной ямы PN-перехода база-коллектор. Электрон эстафетного тока, достигший перехода база-коллектор, отрывается электрическим барьером этого перехода и идёт на создание ЭДС этого перехода. Эстафетный ток, у которого отрывают каждый приходящий к переходу база-коллектор электрон, преобразуется в обычный однонаправленный инжекционный электрический ток, природа которого осталась прежней — это явление теплопередачи, поскольку запертый переход база-коллектор является холодным (холодильный эффект Пельтье), а переход база-эмиттер является горячим (тепловой эффект Пельтье). Скрытый электрический барьер перехода база-коллектор начинает заряжаться - возникает ЭДС и соответствующий этой ЭДС согласно ВАХ перехода база-коллектор прямой ток (обозначен синими стрелками).

Рис. 2.4.8. Момент 4

Момент 4. Первое зеркальное отражение. Закрытый переход база-коллектор получает энергию от перехода база-эмиттер посредством инжекционного тока. Срабатывает холодильный эффект Пельтье и начинает течь ток коллектора Ik - его можно назвать 1-м зеркальным отражением, потому что ему предстоит пересечь переход база-эмиттер в прямом направлении, что вызовет увеличение инжекционного тока (на рис. 2.4.8 это показано как сумма инжекционных токов E1+E2). Следующим шагом будет прибавление к току коллектора ещё одной его порции — второе зеркальное отражение. Итак, коллекторный ток становиться источником выброса добавочной энергии, выражающейся в инжекционном токе E2, далее этот выброс должен создать второе зеркальное отражение, то есть прибавку (удвоение) тока коллектора; после будет утроение коллекторного тока, потом ток возрастёт в 4 раза... Но такой процесс отражений происходит только β раз! Казалось бы, умножению не должно быть конца, но существует процесс, ограничивающий β – это как раз процесс выделения тепла в переходе база-эмиттер, который определяется резистором R_D (отрицательная обратная связь для тока база-эмиттер). Этот процесс сопровождается смещением входной характеристики и тем самым уменьшением порции входного тока Ib. Соответствующие процессы положительной обратной связи (ПОС, усиление) и отрицательной обратной связи (ООС, ограничение) уравновешиваются при β, равном 100 — 300 раз (отражений) - кольцо ООС ограничивает количество отражений до β раз. Если процесс многократных отражений превысит процесс ограничения, то на выходной ВАХ транзистора образуется S-образный участок, говорящий о существовании ПОС - такой режим возникает у германиевых транзисторов при малых токах базы (1 — 10 мкА) и при больших коллекторных напряжениях (порядка 10 Вольт). Такие же процессы, приводящие к образованию S-образной характеристики, происходят при работе динисторов и тиристоров.