4.4.1.      Вольт-амперные характеристики схемы с ОБ

В схеме включения транзистора с ОБ (рис. 4.6) транзистор представлен в виде структуры с обозначенными внутренними токами.

Выходные характеристики (рис. 4.7, а) транзистора в схеме с ОБ отражают зависимость тока коллектора () от напряжения на коллекторе относительно базы () при фиксированном токе эмит­тера ():

.

Здесь, как и ранее, рассматривается транзистор типа р-п-р, поэтому напряжение отрицательное.

Выходные ВАХ транзистора (рис. 4.7, а) имеют три характерные области:

· I – сильная зависимость  от  (нелинейная начальная область);

· II – слабая зависимость  от  (линейная область);

· III – пробой коллекторного перехода.

Для схемы с ОБ характерно расположение начальной области I левее оси ординат. Это обусловлено тем, что напряжение на коллек­торном переходе транзистора в схеме с ОБ определяется суммой внут­ренней разности потенциалов () и внешнего напряжения (). При = 0 и заданном токе эмиттера дырки перебрасываются в кол­лектор из базы под действием внутренней разности потенциалов ; при = 0 ток .

Чтобы уменьшить ток , нужно создать встречный поток дырок через переход, т.е. перевести коллекторный переход путем изменения полярности напряжения  в режим инжекции носителей заряда (в режим эмиттера). При подаче некото­рого напряжения положительной полярности  (откладывается влево от точки 0) потоки дырок через коллекторный переход будут взаимно скомпенсированы,  и ток будет равен нулю:  = 0. С увеличением тока  началь­ные участки выходных  характеристик смещаются влево.

Особенностью характеристик в области II (см. рис. 4.7, а) является их небольшой подъем при увеличении напряжения . Некоторое увеличение тока  обусловливается увеличением коэф­фициента передачи тока  транзистора вследствие возникающего эффекта модуляции толщины базового слоя, а также роста тока .

Эффект модуляции базы связан с расширением коллекторного перехода  за счет увеличения объемного заряда в нем, вызванного повышением напряжения  (рис. 4.7, б). Поскольку расширение перехода происходит главным образом за счет базового слоя, как более высокоомного, повышение напряжения  приводит к уменьшению толщины базового слоя , а, следовательно, к умень­шению числа актов рекомбинаций дырок с электронами в ней, увели­чению коэффициента  и тока . Эффект модуляции базы иллюстрир
уется рис. 4.7, б, на котором обозначения с индексом 1 относятся к напряжению , а с индек­сом 2 – к напряжению  (>).

Постоянство задаваемого тока  при снятии коллекторных ха­рактеристик обусловливает постоянство градиента концентрации ды­рок dp/dx на границе перехода П₁ с базой. В связи с этим кривые рас­пределения концентраций в базе  и  идут параллельно друг другу. Начальные уровни концент­раций дырок на границе эмиттерного перехода с базой получаются неодинаковыми (см. рис. 4.7, б), в частности >. Это может быть, как следует из выражения (1.18), только в случае уменьшения напряже­ния на переходе П₁.

Таким образом, изменение тока  с изменением напряжения  при =const, связанное с изменением коэффи­циента  из-за эффекта модуляции базы, сопровождается также изме­нением напряжения на эмиттерном переходе. Иными словами, модуляция базы создает внутреннюю обратную связь по напряжению в транзисторе.

Если предположить, что для транзистора задается не ток , а напряжение , определяющее напряжение на эмиттерном пере­ходе, то при подаче напряжения > концентрация дырок не изменится ( =) и кривая  примет вид, показан­ный (см. рис. 4.7, б) штриховой линией. Больший наклон штриховой кривой отражает увеличение эмиттерного тока  по сравнению , а следовательно, и коллекторного тока. В данном случае изме­нение тока коллектора при проявлении эффекта модуляции базы наблюдается не только за счет изменения коэффициента α, но и за счет обратной связи, влияющей на ток эмиттера.

Некоторое возрастание тока I_к на выходных характеристиках при повышении напряжения  вследствие увеличения коэффици­ента  за счет эффекта модуляции базы (см. рис. 4.7, а) характеризу­ется дифференциальным сопротивлением коллекторного перехода:

,

которое может быть найдено из коллекторных характеристик как отношение приращений напряжения и тока. Для маломощных транзисторов  составляет 0,5 – 1 МОм.

При  = 0 зависимость  представляет собой обрат­ную ветвь ВАХ коллекторного p—n-перехода. Обратный ток коллекторного перехода определяет составляю­щую  в коллекторном токе транзистора.

В области II (см. рис. 4.7, а) выходные характеристики практически линейны и сопротивление  можно принять неизменным. Тогда для этой области зависимость  можно представить в аналитичес­кой форме:

                                             (4.4)

и тем самым уточнить соотношение (4.1), полученное без учета эф­фекта модуляции базы.

ght=385 src=https://electrono.ru/wp-content/image_post/tverdolob_electr/pic78_10.gif align=right>Наличие составляющей  в выражении (4.4) является одной из главных причин температурной зависимости вы­ходных (коллекторных) характеристик тран­зистора. Изменение температуры приводит к изменению тока  и смещению характеристик вверх при повышении температуры (см. рис. 4.7, а, штриховые кривые) и вниз при ее снижении. Такое же воздействие на коллекторные характеристики (в меньшей степени) оказывает и зависимость от температуры коэффициента . Это обу­словлено тем, что в рабочем диапазоне температур наблюдается не­которое увеличение коэффициента  с ростом температуры.

Коллекторные характеристики можно считать эквидистантными в небольшой области изменения тока . При этом равным прира­щениям тока  соответствуют примерно равные приращения тока  (см. рис. 4.7, а). В большом диапазоне изменения эмиттерного тока характеристики нельзя считать эквидистантными в силу их более густого расположения при малых и больших токах  и более ред­кого – при промежуточных значениях. Причиной этого является зависимость коэффициента  от тока эмиттера в виде кривой с мак­симумом при некотором токе  (см. рис. 4.7, б).

Увеличение коэффи­циента  и достижение им максимального значения с возрастанием эмиттерного тока объясняется относительным уменьшением числа актов рекомбинаций дырок в базе с ростом количества входящих в нее дырок, т.е. повышением коэффициента переноса  при увеличе­нии тока . После достижения максимума последующее уменьшение коэффициента передачи тока  обусловливается уменьшением коэффициента инжекции  с ростом тока . Для маломощных транзисто­ров максимуму коэффициента  соответствует ток эмиттера, равный 0,8 – 3 мА.

Для транзистора существует предел повышения коллекторного напряжения ввиду возможного электрического пробоя коллектор­ного перехода (см. на рис. 4.7, а, область III), который может перейти в тепловой пробой. Величина допустимого напряжения  указы­вается в справочниках.

Входные характеристики транзистора в схеме с ОБ (рис. 4.8) представляют собой зависимость:

и по виду близки к прямой ветви ВАХ р-п-перехода (диода). Входная характеристика, снятая при большем напряжении , располагается левее и выше исходной. Это обусловливается эффектом модуляции базы, приводящим к повышению градиента кон­центрации дырок в базе и увеличению тока . Указанное явление было рассмотрено ранее.