Принцип работы биполярного p - n - p транзистора при схеме с общей базой в активном режиме

В активном режиме эмиттерный переход открыт прямым напряжением Uэб, а коллекторный – закрыт обратным напряжением Uкб. Дырки эмиттера легко переходят в базу за счёт диффузии, создавая входной ток эмиттера Iэ. В базе большая часть дырок (98 – 99%) ускоряется за счёт внутреннего электрического поля закрытого коллекторного перехода и попадает в коллектор, создавая выходной коллекторный ток Iк.

Часть дырок успевает прорекомбинировать с электронами в базе, вызвав приток электронов от источника – ток базы Iб. По I закону Кирхгофа, токи биполярного транзистора в активном режиме связаны следующим соотношением: Iэ = Iб + Iк.

В схеме с общей базой напряжение входного сигнала подаётся между эмиттером и базой. Между коллектором и базой подаётся напряжение питания. Сопротивление закрытого коллекторного перехода больше, чем открытого эмиттерного. Поэтому напряжение между коллектором и базой получается усиленным.

Чтобы транзистор обладал хорошими усилительными свойствами Iб должен быть как можно меньше. Для этого база делается самым узким слоем, коллекторный переход делается больше эмиттерного, а в дрейфовых транзисторах ещё и делают неравномерной концентрацию примесей в базе.

Методика определения режима работы биполярного транзистора

1) Определить тип транзистора. У p-n-p транзисторов стрелка направлена внутрь, у n-p-n – наружу. Транзистор на рисунке – n-p-n:

2) Определить схему включения транзистора. Вывод, который подключён и к входу, и к выходу схемы, является общим. Схема на рисунке – с общим эмиттером.

3) Потенциал φ общего вывода принять равным нулю.

4) Рассчитать потенциалы остальных выводов относительно общего.

На рисунке: φ_э = 0 В; φ_б = -2 В; φ_к = -9 В.

5) Определить токи внутри транзистора, учитывая, что ток движется от большего потенциала к меньшему:

       6) Определить направления включения p-n переходов и режим работы транзистора.

На рисунке: ток эмиттерного перехода течёт от 0 В до -2 В – от n к p. Следовательно, эмиттерный переход закрыт. Ток коллекторного перехода течёт от -2 В до -9 В – от p к n. Следовательно, коллекторный переход открыт. Режим работы – инверсный.

7) Расставить токи выводов в соответствии с токами в его p-n переходах и режимом работы транзистора. На рисунке: режим инверсный, значит Iк = Iэ + Iб

Схема с общей базой

Транзистор в активном режиме в схеме с общей базой и его ВАХ:

- I_Э – ток эмиттера – входной ток;

- I_К – ток коллектора – выходной ток;

- U_ЭБ – напряжение «эмиттер – база» – входное напряжение;

- U_КБ – напряжение «коллектор – база» – выходное напряжение.

Для того, чтобы транзистор мог усиливать сигнал, к нему нужно подключить: источник сигнала Uвх, коллекторную нагрузку Rк и источник питания Eк. Схема транзистора с общей базой с нагрузкой и её временные характеристики:

Свойства схемы с общей базой:

1) Выходное сопротивление Rвых больше входного Rвх (так как на выходе – закрытый коллекторный переход, а на входе – открытый эмиттерный).

2) Схема хорошо усиливает сигнал по напряжению U (так как Rвых > Rвх).

3) Схема не усиливает сигнал по току I (так в активном режиме Iэ = Iк + Iб, поэтому выходной коллекторный ток не может превышать входной эмиттерный).

4) Схема хорошо усиливает сигнал по мощности P (так как P = U ⋅ I, усиление по напряжению U – большое, а по току I – чуть меньше 1).

5) Схема почти не искажает форму входного сигнала (благодаря линейности ВАХ).

6) Температура слабо влияет на свойства схемы.

7) Схема одинаково хорошо усиливает сигналы разных частот.

8) Схема не меняет фазу входного сигнала.