Характеристики биполярных транзисторов

В самом конце предыдущей части статьи было сделано «открытие». Смысл его в том, что небольшой ток базы управляет большим током коллектора. Как раз в этом и заключается основное свойство транзистора , его способность к усилению электрических сигналов. Для того, чтобы продолжить дальнейшее повествование, следует разобраться, насколько велика разница этих токов, и как происходит это управление.

Чтобы лучше вспомнить, о чем идет речь, на рисунке 1 показан n-p-n транзистор с подключенными к нему источниками питания базовой и коллекторной цепей. Этот рисунок уже был показан в предыдущей части статьи .

Небольшое замечание: все, что рассказывается о транзисторе структуры n-p-n вполне справедливо и для транзистора p-n-p. Только в этом случае полярность источников питания следует заменить на обратную. А в самом описании «электроны» заменить на «дырки», везде, где они встречаются. Но в настоящее время транзисторы структуры n-p-n более современны, более востребованы, поэтому в основном рассказывается именно о них.

Рисунок 1.

Маломощный транзистор. Напряжения и токи

Напряжение, прикладываемое к эмиттерному переходу (так принято называть переход база — эмиттер), для маломощных транзисторов невелико, не более 0,2…0,7В, что позволяет создать в цепи базы ток в несколько десятков микроампер. Зависимость тока базы от напряжения база – эмиттер называется входной характеристикой транзистора , которая снимается при фиксированном напряжении коллектора.

К коллекторному переходу маломощного транзистора прикладывается напряжение порядка 5…10В (это для наших исследований), хотя может быть и больше. При таких напряжениях коллекторный ток может быть от 0,5 до нескольких десятков миллиампер. Ну, просто в рамках статьи ограничимся такими величинами, поскольку считается, что транзистор у нас маломощный.

Характеристики передачи

Как уже было сказано чуть выше, маленький ток базы управляет большим током коллектора, как показано на рисунке 2. Следует обратить внимание на то, что ток базы на графике указан в микроамперах, а ток коллектора в миллиамперах.

Рисунок 2.

Если внимательно проследить за поведением кривой, то можно заметить, что для всех точек графика соотношение коллекторного тока к току базы одинаково. Для этого достаточно обратить внимание на точки А и Б, у которых соотношение коллекторного тока к базовому ровно 50. Это как раз и будет УСИЛЕНИЕ ПО ТОКУ, обозначается символом h21э – коэффициент усиления по току.

h21э = Iк / Iб .

Зная это соотношение, нетрудно вычислить коллекторный ток Iк = Iб * h21э

Только ни в коем случае не следует думать, что коэффициент усиления у всех транзисторов ровно 50, как на рисунке 2. На самом деле он, в зависимости от типа транзистора, находится в пределах от единиц до нескольких сотен и даже тысяч!

Если требуется узнать коэффициент усиления для конкретного транзистора, который лежит у Вас на столе, то сделать это достаточно просто: современные мультиметры, как правило, имеют режим измерения h21э. Далее будет рассказано, как определить коэффициент усиления, пользуясь обычным амперметром.

Зависимость тока коллектора от тока базы (рисунок 2) называется передаточной характеристикой транзистора . На рисунке 3 показано семейство передаточных характеристик транзистора, при включении его по схеме с ОЭ. Характеристики снимаются при фиксированном напряжении коллектор – эмиттер.

Рисунок 3. Семейство передаточных характеристик транзистора, при включении его по схеме с ОЭ

Если посмотреть на это семейство повнимательней, то можно сделать несколько выводов. Во-первых, передаточная характеристика нелинейна, представляет собой кривую (хотя в середине кривой имеется линейный участок). Именно эта кривая и приводит к нелинейным искажениям, если транзистор используется для усиления сигнала, например, звукового. Поэтому приходится рабочую точку транзистора «смещать» на линейный участок характеристики.

Во вторых характеристики, снятые при разных напряжениях Uкэ1 и Uкэ2 эквидистантны (равноудалены друг от друга). Это позволяет сделать вывод, что коэффициент усиления транзистора (определяется углом наклона кривой к оси координат) не зависит от напряжения коллектор – эмиттер.

В третьих характеристики начинаются не с начала координат. Это говорит о том, что даже при нулевом токе базы какой-то ток через коллектор протекает. Это как раз и есть начальный ток, о котором было рассказано в предыдущей части статьи . Начальный ток у обеих кривых различный, что говорит о том, что он зависит от напряжения на коллекторе.

Как снять передаточную характеристику

Проще всего эту характеристику снять, если включить транзистор по схеме, показанной на рисунке 4.

Рисунок 4.

Вращением ручки потенциометра R можно изменять совсем маленький ток базы Iб, что приведет и пропорциональному изменению большого тока коллектора Iк. Такой «творческий» процесс, как вращение ручки потенциометра невольно наводит на мысль: «А нельзя ли как-нибудь этот процесс кручения ручки автоматизировать?» Оказывается можно.

Для этого достаточно вместо потенциометра последовательно с батарей Eб-э подключить источник переменного напряжения, например угольный микрофон, колебательный контур антенны или детектор приемника. Тогда это переменное напряжение и будет управлять коллекторным током транзистора, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5.

В данной схеме батарея Eб-э выполняет роль источника смещения рабочей точки транзистора, а усиливаться будет сигнал переменного напряжения. Если подать переменный сигнал, например синусоиду, без смещения, то положительные полупериоды будут открывать транзистор, и, возможно, даже усиливаться.

Но отрицательные полупериоды транзистор попросту закрывают, поэтому не только не усилятся, но даже и не пройдут через транзистор. Это примерно так, как если бы громкоговоритель подключить через диод: вместо приятной музыки и голосов удастся услышать непонятный хрип.

Но достаточно часто усиливают постоянный ток, при этом транзистор работает в ключевом режиме, наподобие реле. Такое применение наиболее часто встречается в работе цифровых схем. В следующей статье именно с ключевого режима, как наиболее простого и понятного мы и начнем рассмотрение различных режимов работы транзистора.

Схемы включения транзисторов

Рисунок 6. Схемы включения транзисторов

До сих пор на всех рисунках транзистор представал перед нами как три квадратика с буквами n и p. На рисунке 6а транзистор показан как на реальной электрической схеме. Тут же показана полярность подключения напряжения, наименования электродов, базовые и эмиттерные токи. А на рисунке 6б в виде конструкции из двух диодов, что часто используется при проверке транзистора мультиметром .