Выходная характеристика транзистора.

Рис.4.3.

 

В демонстрации «demo4_1» показана схема (рис.4.4) получения семейства входных характеристик I_Б(U_Б).

 

Рис.4.4. demo4_1. Схема для получения входных ВАХ. Аргумент ВАХ – напряжение U_Б изменяется в пределах от 0 до 1В с шагом 1мВ, параметр семейства U_К изменяется в пределах от 0 до 15В с шагом 0.1В.

 

На рис.4.5 приведено семейство полученных входных характеристик БТ. Из графиков следует, что в интервале значений параметра U_К от 0 до 0.5В вид ВАХ существенно зависит от параметра, но далее кривые практически сливаются, т.е. влияние параметра U_К при его значениях больше 0.5В можно не учитывать. В реальных электронных устройствах напряжение U_К >0.5В, поэтому свойства транзистора описывают одной входной характеристикой при напряжении U_К≈10В.

 

Рис.4.5. Входные характеристики, полученные в demo4_1.

Рабочим участком входной ВАХ транзистора в электронных устройствах является линейный участок AB. При малых изменениях тока базы эта связь на линейном участке AB (рис. 4.6) описывается параметром h₁₁ – входное сопротивление транзистора. Для примера на рис.4.6 следует:

h₁₁ =∆ U _Б/∆ I _Б=(0.85-0.8)/(908-425)*10⁶=103.5 Ом при U _K=const. По сути это дифференциальное сопротивление. Этот параметр приводится в справочниках.

Рис.4.6. Входная характеристика биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером I _Б (U _Б) при постоянном напряжении U _К.

На участке A B можно аппроксимировать входную ВАХ транзистора прямой линией (красная линия на рис.4.6):

U _Б= h₁₁ I _Б + U` _Б

Здесь постоянные параметры: h₁₁ –входное сопротивление транзистора,

U` _Б - напряжение «отпирания» транзистора.

Таким образом, входная характеристика позволяет найти ток базы при заданном напряжении между базой и эмиттером биполярного транзистора.

Выходные характеристики БТ так же получают экспериментально с помощью схемы на рис.4.3. Однако, аргументом выбирают напряжение U _К, функцией - ток коллектора I_К , а параметром – ток базы I_Б.

Схема опыта, проведенного в демонстрации demo4_2, приведена на рис.4.7.

Рис.4.7.Схема получения выходных характеристик (demo4_2).

Полученное семейство выходных характеристик I_К(U_К, I_Б) приведено на рис.4.8.

 

Рис.4.8. demo4_2. Семейство выходных характеристик I_К(U_К, I_Б) биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

 

Основное свойство биполярного транзистора – большое влияние тока базы на ток коллектора. На рис. 4.8 видно, что при изменении тока базы на 10 мкА и при постоянном напряжении на коллекторе 10 В ток коллектора изменяется почти на 2мА. Отношение приращения тока коллектора к приращению тока базы при изменениях тока базы и постоянном напряжении между коллектором и эмиттером - коэффициент передачи тока h₂₁ , важный параметр транзистора. В нашем примере

при U _К=10 В h₂₁ = ∆ I _К / ∆ I _Б ≈ 2*10^-3 / 10*10^-6 = 200.

Анализ показывает, что значение h₂₁ зависит от режима транзистора. На рис.4.9 на примере demo4_3 показана зависимость h₂₁(I_Б, U_К) при значениях U_К= 0.5, 2.5…15.5. Здесь видно, что на начальном участке при малых токах базы параметр h₂₁ быстро растет, достигает максимума, а потом плавно уменьшается.

 

Рис.4.9. Зависимости параметра h₂₁ от тока базы при разных напряжениях между коллектором и эмиттером БТ.

Из этого семейства следует, что можно использовать для расчетов только некоторое среднее значение параметра h₂₁ в рабочей области характеристик.

Другой важной ВАХ транзистора является статическая переходная характеристика транзистора I_К(I_Б) при фиксированном напряжении U_к. На рис.4.10 из demo4_3 приведено семейство переходных характеристик при U_КЭ= 0.5, 2.5…15.5.

 

 

Рис.4.10. Статические переходные характеристики I_К(I_Б,U_К) БТ.

На рис.4.10 видно, что практически зависимости I_К(I_Б) можно считать линейными при значительном изменении напряжения U_К: I_К= h₂₁I_Б

Транзисторы имеют предельные эксплуатационные параметры, которые не должны быть превышены при подключении транзистора к источникам энергии:

I_К< I_{К, макс},

U_К< U_К,макс,

P_К< P _{К, макс}.

Отсюда –кривая максимальной допустимой мощности транзистора P _{К, макс}:

I_К= P _{К, макс} /U_К.

Эти значения определяют границы доступной для работы области выходных характеристик транзистора, которые изображены на рис.4.11 пунктирными линиями.

Рис.4.11. Рабочая область семейства выходных характеристик транзистора.