to

-ЛнтиВиая сбмасть

больше

Рис. 9-51. Семейства выходных статических характеристик транзистора в схемах с общей базой (а) и с общим эмиттером (б) при выборе входного тока в качестве параметра.

Ojg Больше

-Ufy больше

ианс к.пр

Ци.ишкс к.пр

Рнс. 9-52. Семейства выходных статических характеристик транзистора в схемах с общей базой (а) и с общим эмиттером (б) при выборе входного напряжения в качестве параметра.

Следует иметь в виду, что значения а и Ообр могут отличаться от значений дифференциальных коэффициентов усиления по току (а, Ообр) и зависят от постоянного тока эмиттера (коллектора) и от напряжения на коллекторном (эмиттерном) переходе. От напряжения на коллекторном переходе зависит и величина / о.

В области больших прямых токов входные статические характеристики спрямляются, причем их наклон зависит от сопротивления объемов полупроводникового материала, включенных последовательно с эмиттерным переходом (сопротивления эмиттерного электрода, базовой области).

Выходные или коллекторные характеристики выражают зависимость тока коллектора /к от постоянного напряжения коллектора (относительно базы U к. б - в схеме с общей базой или относительно эмиттера к.э - в схеме с общим эмиттером) при различных значениях входного тока (/ илн /б, рис. 9-51) или входного напряжения (t/э.б или f/б.э, рис. 9-52).

Наиболее протяженная область выходных характеристик, в пределах которой ха-

рактеристики идут под небольщим наклоном к горизонтально оси, называется активной областью и и(*пользуется при работе транзисторов в усилительных режимах. Малый наклон характеристик в активной области указывает на слабую зависимость коллекторного тока от напряжения на коллекторе, т. е. на большое дифференциальное сопротивление транзистора между выходными электродами (десятки килоом - единицы мегом).

В хеме с общей базой в активной области приращение тока коллектора практически равно приращению тока эмиттера (рис. 9-51, а) и характеристики транзисторов всех типов оказываются практически одинаковыми.

В схеме с общим эмиттером выходные характеристики в пределах активной области имеют не столь правильную форму (рис. 9-51,6) и их разброс даже для однотипных транзисторов может быть весьма значительным, что в первую очередь связано опять-таки с разбросом значений коэффициента усиления по току.

Начальный участок выходных характеристик вблизи вертикальной оси, где все

характеристики круто поднимаются вверх, называется областью насыщения коллекторного тока. В схеме с общей базой (рис. 9-51,0;) область насыщения располагается левее вертикальной оси и соответствует ие-больщим прямым смещениям коллекторного перехода (в пределах 0,3 в). В схеме с общим эмиттером (рис. 9-51,6) область насыщения располагается правее вертикальной оси и соответствует небольшим обратным напряжением на коллекторе (у германиевых транзисторов до 0,2 в, у кремниевых до 1 в). Как сопротивление постоянному току, так и дифференциальное сопротивление транзистора между выходными электродами в области насыщения очень мало (единицы - десятки ом). Область насыщения широко используется при примеЯении транзисторов в переключающих режимах для состояния включено.

Со стороны высокого обратного напряжения активная область выходных статических характеристик ограничивается областью сильного увеличения коллекторного тока, где характеристики изгибаются и начинают круто подниматься вверх. В схеме с общей базой такое явление наблюдается при приближении к пробивному напряжению коллекторного перехода (tK.np на рис. 9-51, а), а в схеме с общим эмиттером зачастую (особенно у германиевых транзисторов) наблюдается при более низких напряжениях ((/ на рис. 9-51,6).

Наиболее низкое значение напряжение имеет у лавинных транзисторов (см. стр. 449), предназначаемых для работы при напряжений колластора от до t/.np -Б этой области напряжений в схеме с общим эмиттером выходные характеристики могут направляться вверх налево (на рис. 9-51,6 изображены штриховыми линиями), что соответствует отрицательному дифференциальному сопротивлению. В области лавинных режимов коэффициент усиления по току а>1 и возможно создание специальных схем (особенно импульсных), отличающихся высокой эффективностью использования транзисторов. В обычных усилительных схемах заход в область лавинных режимов недопустим, так как приво-.дит к сильным искажениям.

Со стороны минимальных коллекторны.х токов активная область граничит с областью отсечки коллекторного тока, которая расположена под характеристикой /э=0. В режиме отсечки оба р-п перехода транзистора работают в обратном направлении. Режим отсечки коллекторного тока используется в переключательных схемах для состояния выключено.

Для аналитического описания выходных характеристик транзисторов при обратном напряжении иа коллекторном переходе (исключая область пробоя) пользуются выражениями:

--для схемы с общей базой и

- для схемы с общим эмиттером, где

1 - а

(9-86V

- коэффициент усиления по постоянному току в схеме с общим эмиттером.

Вариант выходных характеристик, представленный иа рис. 9-52, легко получается нз характеристик приведенных на рис. 9-5! с использованием зависимостей входного тока от входного напряжения (рис. 9-50). Однако напряжение пробоя при фиксированном входном напряжении (t/к.а.доп)

обычно имеет среднее между (к.п значение.

Характеристики прямой передачи или усиления (рис. 9-53, 9-54) показывают зависимость тока коллектора /к от входного

Рис. 9-53. Семейства статических характеристик усиления типа /2=f(/i) транзистора в схемах с общей базой (а) и с общим эмиттером (б).

(9-84)

Рис. 9-54. Семейства статических характеристи* усиления типа h=fW\) транзистора в схемах с общей базой (с) и с общим эмиттером (б).

тока (/э - ДЛЯ схемы с общей базой или /б - для схемы с общим эмиттером) или от напряжения на эмиттерном переходе (Ua.t или Ut. ) при фиксированных значениях напряжения коллектора. Характеристики усиления первого типа (рис. 9-53) более линейны, чем второго типа (рис. 9-54); последние приближаются по своей форме к входным характеристикам. Зависимость характеристик усиления от напряжения коллектора незначительна, в особенности для схемы с общей баз й. Раз-

брос характеристик усиления, приведенных иа рис. 9-53, для транзисторов одной марки в схеме с общей базой невелик, а в схеме с общим эмиттером может быть значительным и связан с разбросом значений коэффициента усиления по току.

Аналитические выражения характеристик усиления (рис. 9-53) такие же, как у выходных характеристик на рис. 9-51, из которых рассматриваемые характеристики могут быть получены графическим перестроением. То же самое относится к связи характеристик усиления (рис. 9-54) с выходными характеристиками приведенными на рис. 9-52.

Рис. 9-55. Семейство статических характеристик обратной связи транзистора.

Характеристика обратной передачи или обратной связи выражают зависимость какой-либо входной величины (например, напряжения на эмиттерном переходе t/g.e) от какой-либо величины, характеризующей режим выходной цепи (например, от напряжения коллектора U.e в схеме с общей базой). Один из возможных вариантов семейства характеристик обратной связи приведен на рис. 9-55. Характеристики обратной связи, так же как характеристики усиления, не несут в себе никакой дополнительной информации о свойствах транзистора, если известны входные и выходные характеристики, из которых их всегда можно получить соответствующим перестроением.

Указанные на рис. 9-50-9-55 полярности постоянных напряжений соответствуют транзисторам структуры р-п-р. Все характеристики транзисторов структуры п-р-п аналогичны и отличаются лищь обратными полярностями напряжений и направлениями токов.

Малосигнальные параметры

Параметры эквивалентного четырехполюсника. Если к транзистору подведено питание постоянного тока и этим задана определенная рабочая точка на его характеристиках, то при наложении на питающие токи малых переменных сигналов транзистор в отнощении этих сигналов можно

рассматривать как линейный элемент электрической цепи. На этом основано применение к транзистору методов теории линейных четырехполюсников.

Транзистор представляется (рис. 9-56) как активный линейный четырехполюсник с короткозамкнутой стороной (одни провод общий для входной и выходной пар полюсов). Напряжения и токи малых сигналов t/, Ui, h, /2, действующие во внешних цепях такого четырехполюсника, можно связать между собой следующими шестью системами линейных уравнений:

[/1 = 211 /1 + 212/2;

.[/2=22l/l-f Z22/2;

h = yn.Ui-\-yziUz;

Ul =/iii/i-f/Ji2[/2;

. /2 = hzl 11 -\- /22 и 2;

[/lifliC/l + glz/a;

I 2 = 21 [/1 + 22/2:

[ Ul ail 2 - 12 /2;

[ /1 = 21 [/2 - 22 /2;

\ [/2 = 11 Vi - biz h;

, /2 = bzi Ul - 622/1-

(9-87) (9-88) (9-89) (9-90) (9-9!) (9-92)

Коэффициенты этих систем уравнений {ггз, Угэ, hij, gii, an, Ьц) отражают свойства данного четырехполюсника в отношении малых сигналов и образуют шесть систем малосигиальных параметров. Наиболее распространены параметры первых трех систем, получившие особке названия в соответствии с их размерностями: параметры-сопротивления (2-параметры), параметры-проводимости ({/-парамефы) и смешанные, или гибридные, параметр! (А-параметры).

Общий. эу1ектрод

Рнс. 9-56. Представление тран- эистора в виде четырехполюсника.

При определении смысла этих параметров важными являются понятия о режимах холостого хода и короткого замыкания для переменных составляющих токов и напряжений.

Режимом холостого хода (х. х.) транзистора по входной или выходной цепи называется такой режим его работы, при котором в данной цепи отсутствует переменная составляющая тока, т. е. в цепи поддерживается постоянный ток, не зависящий от изменения токов или напряжений в других цепях. На практике это достигается введе-