Файл: С.Н. Гринфельд Физические основы электроники уч. пособие.doc

Ток базы связан линейной зависимостью с током эмиттерного перехода, но значительно меньше. Кроме того, через базовую цепь протекает тепловой ток I_кбо

При малом напряжении U_бэинжекция носителей практически отсутствует (I_э= 0) и ток базы равен:I_б= -I_кбо, т.е. отрицателен. Увеличение прямого напряжения на эмиттерном переходе вызывает ростI_эи величины (1 – α)I_э. Когда

(

Рис. 4.6. Схема замещения транзистора

(r_б – сопротивление базового слоя)

ток базы равен нулю:

I_б= 0.

При дальнейшем росте напряжения U_бэ величина

(1 – α) I_э> I_кбо

и ток базы (I_б) меняет направление, становится положительным (I_б> 0) и сильно зависящим от напряжения перехода.

Влияние U_кэ наI_бв НAPможно объяснить тем, что ростU_кэозначает рост |U_кб| и, следовательно, уменьшение ширины базовой области (эффект Эрли). Последнее будет сопровождаться снижением потерь на рекомбинацию, т.е. уменьшением тока базы (смещение характеристики незначительно вниз).

Семейство выходных характеристик схемы с ОЭ представляет собой зависимостиI_к=f(U_кэ) при заданном параметреI_б(см. рис 4.5, б). Крутые начальные участки характеристик относятся к режиму насыщения, а участки с малым наклоном – к нормальному активному режиму. Переход от режима насыщения к активному, как уже отмечалось, происходит при значениях |U_кэ|, превышающих |U_бэ|. Для увеличенияI_бнеобходимо увеличивать |U_бэ|, следовательно, и граница между режимом насыщения и нормальным активным режимом должна сдвигаться в сторону больших значений.

Если параметр I_б= 0 («обрыв» базы), то

I_к=I_кэо= (β + 1)I_кбо.

В схеме с ОЭ можно получить (как и в схеме с ОБ) I_к =I_кбо, если задать отрицательный ток (I_б= -I_кбо)_.Выходная характеристика с параметромI_б = -I_кбо может быть принята за границу между НАР и режимом отсечки (РО). Однако часто за эту границу условно принимают характеристику с параметромI_б = 0.

Наклон выходных характеристик в нормальном активном режиме в схеме с общим эмиттером больше, чем в схеме с общей базой (h_22э~ βh_22б) Объясняется это тем, что при увеличении напряженияU_кз коллекторный переход расширяется, зона базы, в которой происходит рекомбинация, падает, коэффициенты α и β увеличиваются.

Увеличение тока базы приводит к увеличению рекомбинации в базе, для ее осуществления должен усилиться приток носителей из эмиттера. Но большая часть эмиттерного тока не участвует в рекомбинации, а идет в коллекторный переход, поэтому при увеличении тока базы ток коллектора увеличивается, характеристики смещаются вверх.

4.1.4.H-параметры транзистора

Биполярный транзистор является нелинейным элементом, так как характеризуется нелинейными зависимостями U = f(I) входных и выходных ВАХ. Но при работе транзистора в режиме малого сигнала, т.е. при относительно небольших амплитудах переменных составляющих входных и выходных величин, он может быть представлен в виде активного линейного четырехполюсника (рис. 4.7), предполагающего линейные зависимости между токами и напряжениями. Возможно шесть вариантов выбора независимых и зависимых переменных для описания связи токов и напряжений в данном четырехполюснике.

В силу специфики входных и выходных ВАХ транзистора для его описания обычно выбирают в качестве независимых переменных входной ток (i₁) и выходное напряжение (u₂), а зависимыми являются: входное напряжение (u₁) и выходной ток (i₂). При таком выборе четырехполюсник описывается системой уравнений на основе h-параметров:

.

Указанный выбор зависимых и независимых переменных приводит к преобразованию данной системы к виду:

(4.1)

Тогда физический смысл h-параметров определяется как:

–	входное сопротивление при коротком замыкании на выходе по переменному сигналу;
–	коэффициент обратной связи по напряжению в режиме холостого хода на входе по переменному сигналу;
–	коэффициент передачи тока при коротком замыкании на выходе по переменному сигналу;
–	выходная проводимость при холостом ходе на выходе по переменному сигналу.

H

Рис. 4.8. Схема замещения транзистора на основе h-параметров

Для каждой схемы включения транзистора существует свой набор h-параметров, идентифицируемый соответствующим индексом, но между этими наборами существует однозначная связь, представленная в табл. 4.1.

Таблица 4.1

Связь между h-параметрами для различных схем включения транзисторов

Применительно к схеме включения с ОЭ вместо обозначения h_21эшироко используется обозначение, а в схеме с ОБ – вместо обозначения h_21бобозначение. Так как в в схеме с ОБ направление тока i_кпротивоположно базовому направлению тока i₂исходного четырехполюсника, то h_21б < 0.

H-параметры обычно измеряются специальными техническими средствами, что упрощает процесс измерения и повышает его точность. При практических расчетах значения этих параметров могут быть определены и графо-аналитическим методом по статическим входным и выходным ВАХ. Так как переменные составляющие токов и напряжений транзистора представляют приращения постоянных составляющих этих величин, система уравнений (4.1) может быть представлена в виде:

U₁ = h₁₁I₁ + h₁₂U₂;

I₂ = h₂₁I₁ + h₂₂U₂.

На рис. 4.9 показан процесс определения h-параметров по входной ВАХ транзистора, а на рис. 4.10 – по выходной. Из рисунков видно, что значения h-параметров не являются постоянными и зависят от режима по постоянному току (рабочей точки транзистора) – значений постоянных составляющих токов и напряжений на входе и выходе транзистора. Поэтому в справочной литературе при указании h-параметров обязательно указывается и режим, при котором произведены измерения.

Значения h-параметров также зависят от частоты переменного сигнала и температуры окружающей среды.

4.1.5. Влияние температуры на статические характеристики бт

Влияние температуры на положение входной характеристики схемы с ОБ при поддержании неизменным ее параметра аналогично ее влиянию на ВАХ полупроводникового диода. В нормальном активном режиме ток эмиттерного перехода можно описать формулой:

I_э≈I_оэ(exp(U_эб) / φ_т– 1).

С ростом температуры тепловой ток (I_эо) растет быстрее, чем убывает экспонента из-за увеличения_т=kT/q. В результате противоположного влияния двух факторов входные характеристики схемы с ОБ смещаются влево при выбранном токеI_эна величинуU(1...2) мВ/°С (рис. 4.11, а).

Начало входной характеристики в схеме с ОЭ определяется тепловым током коллекторного перехода (I_кбо), который сильно зависит от температуры, так что начало характеристики при увеличении температуры опускается (рис. 4.11, б).

Влияние температуры на выходные характеристики схем с ОБ и ОЭ в НАР удобно анализировать по формулам:

I_к=αI_э+I_кбо;

I_к=βI_б+ (β+ 1)I_кбо.

Выходные характеристики при различных температурах должны сниматься при постоянных параметрах (I_э = const в схеме с ОБ и I_б = const в схеме с ОЭ). Поэтому в схеме с ОБ при I_э = const рост I_к будет определяться только увеличением I_кбо (рис.4.12, а). Однако обычно I_кбозначительно меньшеI_э, изменение I_ксоставляет доли процента и его можно не учитывать.

Всхеме с ОЭ положение иное. Здесь параметром являетсяI_би его надо поддерживать неизменным при изменении температуры. Будем считать в первом приближении, что коэффициент передачи () не зависит от температуры. ПостоянствоI_бозначает, что температурная зависимость I_кбудет определяться слагаемым (+ 1)I_кбо. Ток I_кбо(как тепловой ток перехода) примерно удваивается при увеличении температуры на 10 °С, и при>> 1 прирост тока (+ 1)I_кбоможет оказаться сравнимым с исходным значением коллекторного тока и даже превысить его.

На рис.4.12, б показано большое смещение выходных характеристик вверх. Сильное влияние температуры на выходные характеристики в схеме с ОЭ может привести к потере работоспособности конкретных устройств, если не принять схемотехнические меры для стабилизации тока.