Поскольку в отличие от полевого транзистора биполярный является прибором, управляемым током, а не напряжением, для построения статических характеристик биполярного транзистора в качестве независимых переменных удобно выбрать входной ток IВХ и выходное напряжение UВЫХ.
Каждая схема включения характеризуется четырьмя семействами:
- семейство выходных характеристик;
- семейство входных характеристик;
- семейство переходных характеристик;
- семейство характеристик обратной связи.
В качестве основных для биполярных транзисторов выбираются семейства выходных и входных характеристик. Остальные два семейства могут быть получены на их основании.
Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОБ
Выходные характеристики биполярного транзистора в схеме с общей базой представляют собой семейство параметрических кривых зависимости тока коллектора IK от напряжения на коллекторе относительно базы UКБ при фиксированном токе эмиттера: IK = ƒ(UКБ) при IЭ = const.
Ток эмиттера можно считать параметром семейства, определяющим положение конкретной выходной характеристики. При IЭ = 0 IK = ƒ(UКБ) = IK0 представляет собой характеристику обратного включения коллекторного p–n перехода. С ростом тока IЭ характеристики смещаются вверх за счет появления управляемой составляющей α ∙ IЭ.
Ток коллектора в активном режиме (UЭБ < 0, UКБ > 0) не остается постоянным, а несколько растет с увеличением напряжения UКБ. Причиной роста тока IK при IЭ = const является эффект модуляции толщины слоя базы коллекторным напряжением. По мере роста выходного напряжения толщина обратно смещенного коллекторного перехода возрастает, а эквивалентная толщина базовой области транзистора сокращается, что ведет к росту коэффициента переноса за счет снижения рекомбинационных составляющих базового тока. Наклон выходных характеристик принято оценивать выходным сопротивлением транзистора:
rвыхб = ∆ UКБ / ∆ IK ≈ 105…107 Ом.
При заданном токе эмиттера большее количество инжектированных носителей уходит в коллектор, увеличивая ток в его цепи.
Таким образом, можно сделать вывод, что рост тока коллектора обусловлен ростом коэффициента переноса χ. Следовательно, коэффициент передачи α=χ·γ является функцией напряжения UКБ.
«Расстояние» между кривыми при одинаковых приращениях ΔIЭ с ростом тока IЭ уменьшается, что говорит об уменьшении коэффициента α. В основном, такое уменьшение связано со снижением коэффициента инжекции γ.
С ростом тока эмиттера растет концентрация неравновесных носителей (электронов) в базе у эмиттерного перехода, что вызывает рост неравновесной концентрации дырок в базе вблизи эмиттерного перехода. Последнее приводит к росту дырочной составляющей IЭp и при IЭ = const к уменьшению коэффициента инжекции.
Когда UКБ достигнет некоторой величины, произойдет пробой коллекторного перехода. С ростом тока эмиттера напряжение пробоя снижается.
При изменении полярности напряжения UКБ ток коллектора сравнительно быстро уменьшается, становится равным нулю и меняет направление. Для схемы включения с общей базой характерно расположение начальной области характеристик левее оси ординат. Это обусловлено тем, что напряжение на коллекторном переходе транзистора в схеме с общей базой определяется суммой внутренней разности потенциалов φ0 и внешнего напряжения UКБ. При UКБ = 0 и заданном токе эмиттера электроны перебрасываются в коллектор из базы под действием внутренней разности потенциалов φ0, при UКБ = 0 IК ≠ 0.
При подаче некоторого напряжения UКБ < 0 потоки электронов через коллекторный переход будут взаимно скомпенсированы, и ток IК = 0. С увеличением тока IЭ для этого необходимо подавать напряжение UКБ большей отрицательной величины. Этим объясняется смещение влево начальных участков характеристик при большем токе IЭ.
Режим работы UЭБ < 0, UКБ < 0 соответствует режиму насыщения транзистора, когда открыты оба перехода. В этом режиме коллектор инжектирует электроны в базу, что сопровождается уменьшением основного тока коллектора и даже сменой его направления.
Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОБ
Входные характеристики биполярного транзистора в схеме с ОБ представляют собой зависимость UЭБ = f (IЭ) при UКБ = const.
Выходное напряжение UКБ слабо влияет на входное напряжение UЭБ даже при сравнительно малых величинах UКБ. Входная характеристика при UКБ = 0 аналогична прямой ветви ВАХ p–n перехода.
Смещение характеристик при UКБ > 0 и IЭ = const в сторону меньших напряжений UЭБ объясняется эффектом модуляции толщины слоя базы с учетом объемного сопротивления слоя базы rБ.
С учетом падения напряжения IБ ∙ rБ напряжение UБЭ представляет собой сумму UБЭ = UЭП + IБ ∙ rБ, где UЭП – напряжение на эмиттерном переходе. С ростом напряжения UКБ эффект модуляции толщины базы при IЭ = const (UЭП = const) приводит к уменьшению тока базы IБ и снижению напряжения UЭБ
