Семейство выходных статических характеристик транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, представляет собой зависимость IК = f (UКЭ) при IБ = coпstи для различных значений тока базы изображено на рисунке 4, а.
Нижняя характеристика совпадает с обратной ветвью вольтамперной характеристики коллекторного перехода, когдаа эмиттерный переход закорочен – случай для UБЭ = 0 (см. рис. 3, в).
Если напряжение UБЭ < 0 (“–” приложено к базе, а “+” к эмиттеру) через эмиттерный переход начинается инжекция основных носителей тока (возрастает прямой ток в цепи эмиттер-база, направленный навстречу обратному току IКБО = – IКS), При достижении прямым током базы значения обратного, т.е при IБ ПР = IКБО, суммарный ток в цепи базы становится равным нулю (точки пересечения нижними графиками оси абсцисс на рис. 3, а).
Это режим неглубокой отсечки транзистора(т.к. эмиттерный переход не смещен в обратном напряжении), а выходная характеристика при токе базы IБ = 0 является его верхней границей. Ток коллектора в этом случае определяется выражением (полученным при изучении вопроса температурной стабилизации транзистора):
IК = b×IБ + (b +1)×IKS = (b +1)×IKS , (2)
т.е. в (b +1) раз больше, чем обратный ток IKS коллекторного перехода.
При дальнейшем увеличении отрицательного напряжения UБЭ (прямого для эмиттерного перехода, см. рис. 3, б) появится прямой ток базы IБ и ток коллектора, в соответствии с (2), возрастает на величину b×IБ.
Каждая характеристика имеет два участка:
– начальный крутой (при малых изменениях напряжения на коллекторе UКЭ);
– пологий протяженный (при больших изменениях напряжения на коллекторе UКЭ).
Крутой участок соответствует режиму насыщения (оба перехода открыты), когда |UБЭ| ³ |UКЭ| и ток коллектора IК быстро растёт с возрастанием UКЭ (IК = UКЭ/RКЭ мин). Предельный случай, когда UКЭ = 0, приведен на рис. 3, а, б.
Пологий участокхарактеристики формируется, когда становится |UКЭ| > |UБЭ|. Коллекторный переход при этом закрывается (обратным напряжением |UКЭ| – |UБЭ|) и возрастает его обратное сопротивление (коллекторный переход расширяется), что обуславливает малое приращение IК с ростом UКЭ (IК =(UКЭ/RКЭ) » const).
Наклон пологих участков характеристик обусловлен влиянием напряжения UКЭ на эмиттерный переход и эффектом Эрли.
По выходным статическим характеристикам (рис. 4, а) определяется выходное сопротивление транзистора в статическом режиме и статический коэффициент усиления по токуb в окрестности точки покоя по формулам:
при IБ = const; (3)
при UКЭ = const, (4)
где DIК1 и DIК2 – соответствующие приращения тока коллектора, снятые с графика на рис. 4, а.
Переходная статическаяхарактеристика (ПСХ) транзистора представляет собой зависимость IК = f(IБ) при UКЭ= const. ПСХ позволяет непосредственно с графика найти статический коэффициент усиления по току b, используя соответствующие приращения DIБ и DIК (см. рис. 4, б для точки АCТ).
Переходная динамическая характеристика (ПДХ) отражает зависимость IК=f(IБ) при UКЭ = var– нижняя характеристика на рис. 4, 6. По данной характеристике может быть определен динамический коэффициент усиления по току KI, (например, в точке АДИН на рис. 4, б):
(5)
Напомним, что ПДХ характеризует работу транзистора в динамическом режиме, когда в цепь коллектора включено сопротивление резистора RК (тумблер SA на рис. 2 разомкнут). В этом случае последовательно включённые резистор RК и сопротивление транзистора RКЭ представляют собой делитель напряжения, соотношение напряжений на котором, в соответствии с законом Кирхгофа, имеет вид:
ЕК = UКЭ + U Rк
Откуда, выходное напряжение с нижнего плеча делителя (в нашем случае это напряжение на транзисторе UКЭ) определяется выражением:
UКЭ = ЕК– U Rк = ЕК– IКRК
Это выражение представляет собой основное уравнение динамического режима работы транзистора, из которого следует, что при постоянныхзначениях ЕК и RК (что обычно имеет место) падение напряжения на транзисторе UКЭ (выходное для схемы) является однозначной функцией тока коллектора IК. В свою очередь, ток IК, в окрестности точки покоя, практически линейно зависит от тока базы IБ
IК = КI IБ,
где КI – коэффициент пропорциональности.
Эту зависимость и отражает переходная динамическая характеристика (ПДХ).
Из графиков видно, что ПСХ идет круче ДПХ, следовательно β > KI.
 |
Статическая и динамическая переходные характеристики транзистора снимаются экспериментально или строятся по статическим выходным характеристикам и нагрузочной прямой для каждого из режимов. На рис. 5 представлена методика построения переходных характеристик, из которой видно, что нагрузочная прямая для статического режима вырождается в вертикальную прямую при UКЭ = EК = const
Порядок выполнения работы
Лабораторная работа выполняется на бланках, форма которых приведена в приложении А.
3.2.1. Исследование статического режима работы
1. Собрать схему включения транзистора с общим эмиттером при замкнутом выключателе S1(см. рис. 2).
2. Снять семейство статическихвходных характеристик IБ=f(UБЭ) при различных UКЭ= const: UКЭ = 0В; UКЭ = –5В; UКЭ = –10В, для чего:
– установить заданное напряжение UКЭ потенциометром R3 и поддерживать его постоянным;
– потенциометром R1 изменять напряжение UБЭ от 0 до 0,24 В через 0,04 В и при этом фиксировать ток IБ. Результаты занести в таблицу 1.1.
3. Снять семейство статических выходных характеристик
IК = f (UКЭ) при IБ = 0; IБ = 30 мкА; IБ = 60 мкА; IБ = 90 мкА; IБ = 120 мкА, для чего:
– установить потенциометром R1 заданный ток базы и поддерживать его постоянным;
– напряжение UКЭ изменять потенциометром R3 от 0 до 2,0 В через 0,5 В, а от 2 до 10 В через 2 В и при этом фиксировать ток I К. Результаты измерений занести в таблицу 1.2.
4. Снять статическую переходную характеристику IК = f (IБ) при UКЭ= const = ….., для чего:
– установить UКЭ= 10 В и поддерживать постоянным;
– изменять ток базы IБ от 0 до 120 мкА через 30 мкА и при этом фиксировать ток IК. Результаты измерений занести в таблицу 1.3.