Статическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором изменение входного тока или напряжения не вызывает изменение выходного напряжения.
Биполярный транзистор при работе в электрических цепях рассматривают как активный четырехполюсник, рисунок 2, при этом образуются две цепи: входная и выходная.
|
| Рисунок 2 – Транзистор как активный четырехполюсник |
Входная, или управляющая, цепь служит для управления работой транзистора. В выходной, или управляемой, цепи получаются усиленные колебания. Источник усиливаемых колебаний включается во входную цепь, а в выходную включается нагрузка. Для величин, относящихся к входной и выходной цепями, применяют соответственно индексы "вх" и "вых" или "1" и "2".
Зависимости между токами и напряжениями (вольтамперные характеристики) в транзисторах выражаются статическими характеристиками транзисторов, снятыми при постоянном токе и отсутствии нагрузки в выходной цепи. Характеристики необходимы для рассмотрения свойств транзисторов и для практических расчетов транзисторных схем.
В транзисторах взаимно связаны всегда четыре величины: I ВХ, I ВЫХ, U ВХ, U ВЫХ – входные и выходные токи и напряжения. Для более точного определения свойств транзисторов необходимо несколько семейств статических характеристик:
1. входные характеристики I ВХ = f(U ВХ ) при U ВЫХ = const,
2. выходные характеристики I ВЫХ = f(U ВЫХ ) при I ВХ = const,
3. характеристики прямой передачи I ВЫХ = f(I ВХ ) при U ВЫХ = const,
4. характеристики обратной связи по напряжению U ВХ = f(U ВЫХ ) при I ВХ = const.
При расчете транзисторных цепей достаточно иметь семейства входных и выходных характеристик. Характеристики прямой передачи и обратной связи можно построить по семействам входных и выходных характеристик.
Схемы включения биполярного транзистора
В большинстве электрических схем транзистор используется в качестве четырехполюсника, то есть устройства, имеющего два входных и два выходных вывода. Очевидно, что, поскольку транзистор имеет только три вывода, для его использования в качестве четырехполюсника необходимо один из выводов транзистора сделать общим для входной и выходной цепей. Соответственно, различают три схемы включения транзистора: схемы с общей базой (ОБ), общим эмиттером (ОЭ) и общим коллектором (ОК).
Схема с общей базой
Схема, изображенная на рисунке 3, является схемой с общей базой (ОБ).
|
| Рисунок 3 – Схема транзистора с общей базой |
Входной цепью является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора. Схема ОБ наиболее проста для анализа, поскольку в ней каждое из внешних напряжений прикладывается к конкретному переходу: напряжение U БЭ прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение U КБ – к коллекторному. Следует заметить, что падениями напряжений на областях эмиттера, базы и коллектора можно в первом приближении пренебречь, поскольку сопротивления этих областей значительно меньше сопротивлений переходов. Нетрудно убедиться, что приведенные на рисунке полярности напряжений (U БЭ <0; U КБ >0) обеспечивают открытое состояние эмиттерного перехода и закрытое состояние коллекторного перехода, что соответствует активному режиму работы транзистора.
Если между базой и эмиттером приложено напряжение U БЭ в прямом направлении, то потенциальный барьер эмиттерного перехода понижается и его сопротивление уменьшается.
Так как ширина базы меньше диффузионной длины пробега в ней основных носителей, то большинство инжектированных из эмиттера в базу электрических зарядов достигает коллекторного перехода и втягивается в коллектор, создавая ток коллектора I К.
Только незначительная часть электронов рекомбинирует с основными носителями базы (дырками) и обуславливает ток базы I Б.
В схеме с общей базой входные характеристики выражают зависимость тока эмиттера I Эот напряжения на эмиттерном переходе U БЭ при неизменном напряжении коллекторного перехода U КБ и соответствуют обычному ходу ВАХ диода при прямом включении.
Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой, рисунок 4, выражают зависимость тока коллектора I К от напряжения U КБ на коллекторном переходе при определенной величине тока эмиттера I Э. При I Э = 0 выходная характеристика выражает обычную зависимость тока диода от приложенного в обратном направлении напряжения.
|
| Рисунок 4 – Выходные характеристики транзистора в схеме с общей базой |