Практикалық (семинарлық) жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулар

1-тақырып. Жартылай өткізгішті диодтар. Жіктелуі, сипаттамалары және негізгі параметрлері. Жартылай өткізгішті диодтардың түрлері. (2 сағат)

Практикалық (семинарлық) сабақтың жоспары

1. Жартыллай өткізгішті диодтардың жіктелуі.

2. Жартылай өткізгішті диодтардың түрлері.

3. Жартылай өткізгішті диодтардың сипаттамалары және негізгі параметрлері.

4. Мысалдар мен есептер.

Основным элементом большинства полупроводниковых приборов является электронно-дырочный переход (р-п- переход), представляющий собой переходный слой между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электронную электропроводность, другая - дырочную.

Разность потенциалов j_К в переходе, обусловленную концентрацией носителей заряда, называют контактной разностью потенциалов:

,

где k - постоянная Больцмана;

е - заряд электрона;

Т - температура;

N_a и N_Д - концентрации акцепторов и доноров в дырочной и электронной областях соответственно;

r _Р и r _n - концентрации дырок в р - и n -областях соответственно;

n_i - собственная концентрация.

Обычно контактная разность потенциалов имеет порядок десятых долей вольта.

Толщину несимметричного резкого р-п -перехода рассчитывают по формуле

,

где e - относительная диэлектрическая проницаемость материала полупроводника;

e₀ - диэлектрическая постоянная свободного пространства.

Толщина электронно-дырочных переходов имеет порядок от сотых долей до единиц микрометров.

Полупроводниковый прибор с p-n -переходом, имеющий два омических вывода, называют полупроводниковым диодом, показанной на рисунке 1.1. Одна из областей р-n -структуры (р⁺), называемая эмиттером, имеет большую концентрацию основных носителей заряда, чем другая область, называемая базой.

Рисунок 1.1 - Полупроводниковый прибор с p-n -переходом

Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводникового диода изображена на рисунке 1.2. Здесь же пунктиром показана теоретическая ВАХ электронно-дырочного перехода, определяемая соотношением

где I₀ - обратный ток насыщения (обусловленный неосновными носителями заряда; значение его очень мало);

U - напряжение на р - n -переходе;

j_T = kT/e - температурный потенциал (k - постоянная Больцмана, Т - температура, е - заряд электрона);

m - поправочный коэффициент: m = 1 для германиевых р-n -переходов и m = 2 для кремниевых р-n -переходов при малом токе.

Кремниевые диоды имеют существенно меньшее значение обратного тока по сравнению с германиевыми вследствие более низкой концентрации не основных носителей заряда. Обратная ветвь ВАХ у кремниевых диодов при данном масштабе практически сливается с осью абсцисс. Прямая ветвь ВАХ у кремниевых диодов расположена значительно правее, чем у германиевых.

Рисунок 1.2 - Статическая вольт-амперная характеристика (ВАХ) полупроводниковых диодов

На вольт-амперные характеристики диода оказывает существенное влияние температура окружающей среды. При увеличении температуры обратный ток насыщения увеличивается примерно в 2 раза у германиевых и в 2,5 раза у кремниевых диодов на каждые 10 °С. Для германиевых диодов

,

где I₀₁ - ток при температуре Т₁.

Если через германиевый диод протекает постоянный ток, при изменении температуры падение напряжения на диоде изменяется приблизительно на 2,5 мВ/°С:

DU/DT» -2,5 мВ/°С.

Для диодов в интегральном исполнении DU/DT составляет от - 1,5 мВ/°С в нормальном режиме до -2 мВ/°С в режиме микротоков.

Максимально допустимое увеличение обратного тока диода определяет максимально допустимую температуру диода, которая составляет 80—100 °С для германиевых диодов и 150-200°С для кремниевых.

Минимально допустимая температура диода лежит в пределах -(60 ¸ 70)°С.

Дифференциальным сопротивлением диода называют отношение приращения напряжения на диоде к вызванному им приращению тока:

r_ДИФ = DU/DI.,

или

r_ДИФ» j_T / I.

При обратном напряжении диода свыше определенного критического значения наблюдается резкий рост обратного тока, показаны на рисунке 1.3. Это явление называют пробоем диода. Пробой диода возникает либо в результате воздействия сильного электрического поля в р-n -переходе (рис. 1.3, кривая а) (электрический пробой может быть туннельным или лавинным), либо в результате разогрева перехода при протекании тока большого значения и при недостаточном теплоотводе, не обеспечивающем устойчивость теплового режима перехода (рис. 1.3, кривая б) (тепловой пробой). Электрический пробой обратим, т. е. он не приводит к повреждению диода, и при снижении обратного напряжения свойства диода сохраняются. Тепловой пробой является необратимым. Нормальная работа диода в качестве элемента односторонней проводимостью возможна лишь в режимах, когда обратное напряжение не превышает пробивного значения. Возможность теплового пробоя диода учитывается указанием в паспорте на прибор допустимого обратного напряжения U_{ОБР.МАХ} и температурного диапазона работы. Напряжение пробоя зависит от типа диода и температуры окружающей среды.

Рисунок 1.3 - Явление пробоя диода

Значение допустимого обратного напряжения устанавли­вается с учетом исключения возможности электрического пробоя и составляет (0,5 ¸ 0,8) U_ПРОБ..

Емкости диода. Принято говорить об общей емкости диода С_Д, измеренной между выводами диода при заданных напряжении смещения и частоте. Общая емкость диода равна сумме барьерной емкости С_Б, диффузионной емкости С_ДИФ и емкости корпуса прибора С_К.

Барьерная (зарядная) емкость обусловлена нескомпенсированным объемным зарядом, сосредоточенным по обе стороны от границы р-п -перехода.

Барьерная емкость зависит от площади перехода, напряжения на переходе U, а также от концентрации примесей. Модельным аналогом барьерной емкости может служить емкость плоского конденсатора, обкладками которого являются р - и n -области, а диэлектриком служит р - п -переход, практически не имеющий подвижных зарядов. Значение барьерной емкости колеблется от десятков до сотен пикофарад; изменение этой емкости при изменении напряжения может достигать десятикратной величины.

Диффузионная емкость. Изменение величины объемного заряда неравновесных электронов и дырок, вызванное изменением прямого напряжения, можно рассматривать как следствие наличия так называемой диффузионной емкости, которая включена параллельно барьерной емкости. Диффузионная емкость определяется по формуле

,

где t - время жизни носителей заряда;

I_ПР - прямой ток.

Значения диффузионной емкости могут иметь порядок от сотен до тысяч пикофарад. Поэтому при прямом напряжении емкость p-n -перехода определяется преимущественно диффу­зионной емкостью, а при обратном напряжении - барьерной емкостью.

Схема замещения полупроводникового диода изображена на рисунке 1.4. Здесь С_Д - общая емкость диода, зависящая от режима; R_П - сопротивление перехода, значение которого определяют с помощью статической ВАХ диода (R_П = U/I); r_б - распределенное электрическое сопротивление базы диода, его электродов и выводов.

Иногда схему замещения дополняют емкостью между выводами диода С_В, емкостями С_ВХ и С_ВЫХ (показаны пунктиром) и индуктивностью выводов L_В.

Рисунок 1.4 - Схема замещения полупроводникового диода

Типы полупроводниковых диодов

Выпрямительные диоды используют для выпрямления переменных токов частотой 50 Гц ¸ 100 кГц. Основные параметры выпрямительных диодов даются применительно к их работе в однополупериодном выпрямителе с активной на­грузкой (без конденсатора, сглаживающего пульсации).

Среднее прямое напряжение U_ПР.СР - среднее за период прямое напряжение на диоде при протекании через него максимально допустимого выпрямленного тока.

Средний обратный ток 1_ОБР.СР - средний за период обратный ток, измеряемый при максимальном обратном напряжении.

Максимально допустимое обратное напряжение U_{ОБР,МАХ}, (U_{ОБР, И. МАХ})- наибольшее постоянное (или импульсное) обратное напряжение, при котором диод может длительно и надежно работать.

Максимально допустимый выпрямленный ток I_{ВП.СР.МАХ} - средний за период ток через диод (постоянная составляющая), при котором обеспечивается его надежная длительная работа.

Превышение максимально допустимых величин U_{ОБР,МАХ}, U_{ОБР, И. МАХ}, I_{ВП.СР.МАХ} ведет к резкому сокращению срока службы или пробою диода.

Максимальная частота f_МАХ - наибольшая частота подводимого напряжения, при которой выпрямитель на данном диоде работает достаточно эффективно, а нагрев диода не превышает допустимой величины.

Высокочастотные (универсальные) и импульсные диоды применяют для выпрямления токов, мо­дуляции и детектирования сигналов с частотами до нескольких сотен мегагерц. Импульсные диоды используют в качестве ключевых элементов в устройствах с микросекундной и наносекундной длительностью импульсов.

Постоянное прямое напряжение U_ПР - падение напряжения на диоде при протекании через него постоянного прямого тока I_ПР, заданного ГОСТом или ТУ.

Постоянный обратный ток I_ПР - ток через диод при постоянном обратном напряжении на нем; измеряется, как правило, при максимальном обратном напряжении U_{ОБР,МАХ}.. Чем меньше 1_ОБР тем качественнее диод.

Емкость диода С_Д - емкость между выводами при заданном напряжении. При увеличении обратного напряжения (по модулю) емкость С_Д уменьшается.

При коротких импульсах необходимо учитывать инерционность процессов включения и выключения диода.

Время восстановления обратного сопротивления t_ВОС. - интервал времени от момента переключения до момента, когда обратный ток уменьшается до заданного уровня отсчета I_ОТС.. Если на диод, через который протекал прямой ток, подать обратное напряжение, то диод закроется не мгновенно; возникает импульс обратного тока, превышающий его установившееся значение. Этот импульс обусловлен рассасыванием накопленного в базе диода заряда переключения Q_ПК, который приближенно может быть определен как

.

Там, где требуется малое время переключения, используют диоды Шотки. Они имеют переход металл - полупроводник, который обладает выпрямительным эффектом. Накопление заряда в переходе этого типа выражено слабо. Поэтому время переключения может быть уменьшено до значений порядка 100 пс. Другой особенностью этих диодов является малое (по сравнению с обычными кремниевыми диодами) прямое напряжение, составляющее около 0,3 В.

Стабилитроны предназначены для стабилизации напряжения на нагрузке при изменении питающего напряжения или сопротивления нагрузки, для фиксации уровня напряжения и т. д.

Рисунок 1.5 - ВАХ стабилитронов

Стабилитрон характеризуется следующими параметрами:

напряжение стабилизации U_СТ - напряжение на стабилитроне в рабочем режиме (при заданном токе стабилизации);

минимальный ток стабилизации I_СТ.МИН - наименьшее значение тока стабилизации, при котором режим пробоя устойчив;

максимально допустимый ток стабилизации I_СТ.МАХ - наибольший ток стабилизации, при котором нагрев стабилитронов не выходит за допустимые пределы.

Дифференциальное сопротивление r_СТ - отношение приращения напряжения стабилизации к вызывающему его приращению тока стабилизации:

r_СТ= DU_СТ / DI_СТ

К параметрам стабилитронов также относят максимально допустимый прямой ток I_МАХ, максимально допустимый импульсный ток I_{ПР.И.МАХ}, максимально допустимую рассеиваемую мощность Р_МАХ.

Варикап - полупроводниковый диод, предназначенный для применения в качестве элемента с электрически управляемой емкостью. При увеличении обратного напряжения емкость варикапа уменьшается по закону

где C_U - емкость диода;

С₀ - емкость диода при нулевом обратном напряжении;

j_K - контактная разность потенциалов;

п - коэффициент, зависящий от типа варикапа (n = 2 ¸ З).

Варикап, предназначенный для умножения частоты сигнала, называют варактором.

К основным параметрам варикапа относят

- коэффициент перекрытия по емкости k_C - отношение емкостей варикапа при двух крайних значениях обратного напряжения;

- добротность Q - отношение реактивного сопротивления на заданной частоте сигнала к сопротивлению потерь при заданной емкости или обратном напряжении;

- обратный ток варикапа I_ОБР - постоянный ток, протекающий через варикап в обратном направлении при заданном обратном напряжении.

К параметрам предельного режима относят максимально допустимое постоянное обратное напряжениеU_{ОБР.МАХ} и максимально допустимую рассеиваемую мощность Р_МАХ

Туннельный диод имеет ВАХ (рис. 1.6,а), которая содержит участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением (отношением приращения напряжения к приращению тока). Это позволяет использовать такой диод в усилителях и генераторах электрических колебаний, а также в импульсных устройствах. Качество диода определяют протяженность и крутизна «падающего» участка ВАХ. Частотные свойства диода, работающего при малых уровнях сигнала на участке с отрица­тельным дифференциальным сопротивлением, определяются параметрами элементов эквивалентной схемы (рис. 1.6, б). Активная составляющая полного сопротивления имеет отрицательный знак вплоть до частоты, определяемой по формуле

Усиление и генерирование колебаний возможно на частотах, не превышающих f_R.

Рисунок 1.6 - Туннельный диод

а) ВАХ; б) эквивалентная схема

Основные параметры туннельного диода следующие:

- пиковый ток 1_П - прямой ток в точке максимума ВАХ;

- ток впадины I_В - прямой ток в точке минимума его характеристики;

- отношение токов 1_П /I_В,;

- напряжение пика U_П - прямое напряжение, соответствующее току пика;

- напряжение впадины U_B — прямое напряжение, соответствующее току впадины;

- напряжение раствора U_Р - прямое напряжение, большее напряжения впадины, при котором ток равен пиковому;

- индуктивность L_Д - полная последовательная индуктивность диода при заданных условиях;

- удельная емкость С_Д /I_П - отношение емкости туннельного диода к пиковому току;

- дифференциальное сопротивление r_ДИФ - величина, обратная крутизне ВАХ;

- резонансная частота туннельного диода f₀ - расчетная частота, при которой общее реактивное сопротивление р-n -перехода и индуктивности корпуса туннельного диода обращается в нуль;

-предельная резистивная частота f_R — расчетная частота, при которой активная соста­вляющая полного сопротивления последовательной цепи, состоящей из р-п -перехода и сопротивления потерь, обращается в нуль;

- шумовая постоянная туннельного диода К_ш — величина, определяющая коэффициент шума диода;

- сопротивление noтерь туннельного диода R_П — суммарное сопротивление кристалла, контактных присоединений и выводов.

К максимально допустимым параметрам относят

- максимально допустимый постоянный прямой ток туннельного диода I_ПР.МАХ;

- максимально допустимый прямой импульсный ток I_{ПР.И.МАХ};

- максимально допустимый постоянный обратный ток I_{ОБР.МАХ};

- максимально допустимая мощность СВЧ P_{СВЧ МАХ}, рассеиваемая диодом.

Примеры и задачи

1.3.1 Имеется сплавной германиевый p-n-переход с концентрацией N_Д = 10³ N_а, причем на каждые 10⁸ атомов германия приходится один атом акцепторной примеси. Определить контактную разность потенциалов при температуре Т = 300 К (концентрации атомов N и ионизованных атомов n_i, принять равными 4,4 × 10 ²² и 2,5 × 10¹³ см ^{- 3} соответственно).

Решение

Определим концентрацию акцепторных атомов:

N_a = N / 10 ⁸ = 4,4 × 10²²/10⁸ = 4,4 × 10¹⁴ см ^{- 3}

(N = 4,4 × 10²² см ^{- 3} - концентрация атомов германия).

Концентрация атомов доноров N_Д = 4,4 × 10¹⁷ см ^-3.

Контактная разность потенциалов определяется

.

1.3.2 Удельное сопротивление р -области германиевого р-п перехода r _р = 2 Ом × см, удельное сопротивление п -области r _n = 1 Ом × см. Вычислить контактную разность потенциалов (высоту потенциального барьера) при Т - 300 К, если подвижности электронов и дырок в германии соответственно равны: m _n = 0,39 и m_р = 0,19 м²/(В×с).

Решение

Известно, что удельное сопротивление р -области полупроводника

,

где N _a - концентрация акцепторов;

е - заряд электрона;

m _р - подвижность дырок.

Отсюда

.

Аналогично найдем концентрацию доноров в n -области полупроводника:

.

Контактная разность потенциалов

.

1.3.3 Германиевый сплавной р-n -переход имеет обратный ток насыщения I₀ = 1 мкА, а кремниевый с такими же размерами - ток I₀ = 10 ^-8 А. Вычислить и сравнить прямые напряжения на переходах при Т = 293 К, если через каждый диод протекает ток 100 мА.

Решение

Ток диода определим по формуле

,

где I₀ — обратный ток насыщения.

Для германиевого р-п -перехода

,

откуда U = 288 мВ.

Аналогично, для кремниевого p-n -перехода при I₀ = 10 ^-8 А U = 407 мВ.

1.3.4 Германиевый диод, имеющий обратный ток насыщения I₀ = 25 мкА, работает при прямом напряжении, равном 0,1 В, и Т = 300 К. Определить сопротивление диода постоянному току R₀ и дифференциальное сопротивление r_ДИФ.

Решение

Найдем ток диода при прямом напряжении U = 0,1 В по формуле

.

Тогда сопротивление диода постоянному току

.

Вычислим дифференциальное сопротивление, используя формулу

,

откуда

Приближенно с учетом того, что I >> I₀,

,

откуда

.

Задание 1. Определить выходное напряжение в схеме, изображенной на рисунке 1.7, если при комнатной температуре используется кремниевый диод, имеющий обратный ток насыщения I₀ = 10 мкА.

Рисунок 1.7

Задание 2. Рассчитать простейшую схему выпрямителя без сглаживающего фильтра для выпрямления синусоидального напряжения с действующим значением U = 700 В, используя диоды типа Д226Б.

Ұсынылатын әдебиеттер

1. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузов. – 2-е изд., перераб. и доп.– М.: Высш. шк., 1991. - 622с.: ил.

2. Прянишников В.А. Электроника. Полный курс лекций: учебное пособие. – 4-е изд. – СПб.:КОРОНА принт, 2004. 414с.: ил.

3. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учеб пособие для вузов по спец. электрон. техники/Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев, В.А. Терехов и др. – М.: Высш. шк., 1987. – 335 с.; ил.

4. Головатенко-Абрамова М.П., Лапидес А.М. Задачи по электронике. – М.: Энергоатомиздат, 1992. – 109с.: ил.

5. Задачник по электронике: практикум для студ. сред. проф. образования/ В.И. Полещук. – М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 160с.

СДЖ арналған бақылау тапсырмалары (тақырып 1) [1-11, 24-27]

1. p-n –өтудің тура және кері қосылуының физикалық мағынасын түсіндіріңіз.

2. Түрлі тағайындалудағы жартылай өткізгішті диодтарының сұлбалардағы белгіленулері.

3. Туннельдік диодтың вольт-амперлік сипаттамасын бейнелеңіз.

4. Диод арқылы ең үлкен тура тоқ немен шектеледі?

2-тақырып. Биполярлық транзисторлар, құрылғысы және негізгі физикалық процестер. Сипаттамалары және негізгі параметрлері. (3 сағат)

Практикалық (семинарлық) сабақтың жоспары

1. Биполярлық транзисторлардың жіктелуі.

2. Құрылғылар және негізгі физикалық процесстер.

3. Биполярлық транзисторлардың сипаттамалары және негізгі параметрлері.

4. Мысалдар және есептер.

Общие сведения

Транзисторами называют полупроводниковые приборы, пригодные для усиления мощности и имеющие три или более вывода. Различают биполярные и полевые транзисторы.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя областями чередующейся электропроводности, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда. Эти транзисторы называют биполярными, потому что их работа основана на использовании носителей заряда обоих знаков. Биполярные транзисторы могут быть типа р-п-р и п-р-п.

Структуры и условные обозначения данных типов транзисторов показаны на рисунке 2.1. Между каждой областью полупроводника и ее выводом имеется омический контакт, который на рис. 2.1 показан жирной чертой. Средний слой транзистора называют базой (Б), один из крайних - эмиттером (Э), другой - коллектором (К).

Рисунок 2.1

База - область, в которую инжектируются неосновные для этой области носители заряда. Эмиттер - область, из которой осуществляется инжекция носителей заряда в базу. Коллектор предназначен для экстракции носителей заряда из базы.

Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называется эмиттерным переходом, между базой и коллектором - коллекторным переходом. В зависимости от сочетания знаков и значений напряжений на p-n -переходах различают следующие области (режимы) работы транзистора:

- активная область - напряжение на эмиттерном переходе прямое, а на коллекторном - обратное;

- область отсечки - на обоих переходах обратные напряжения (транзистор заперт);

- область насыщения - на обоих переходах прямые напряжения (транзистор открыт);

- инверсная активная область -напряжение на эмиттерном переходе обратное, а на коллек­торном - прямое.

Режимы отсечки и насыщения характерны для работы транзистора в качестве переключательного элемента. Активную область, или активный режим, используют при работе транзистора в усилителях или генераторах. Инверсное включение применяют в схемах двунаправленных переключателей, использующих симметричные транзисторы, в которых обе крайние области имеют одинаковые свойства.

В зависимости от того, какой из электродов транзистора является общим для входной и выходной цепей, различают три схемы включения транзистора: с общей базой (ОБ), с общим эмиттером (ОЭ) и с общим коллектором (ОК), которые показаны на рисунке 2.2, а, б, в.

Для определения аналитических зависимостей между токами и напряжениями идеализированный транзистор представляют эквивалентной схемой Эберса - Молла (рис. 2.3). Соответствующая одномерная модель состоит из двух идеальных р-n -переходов, включенных навстречу друг другу. Объемные сопротивления слоев, емкости р-n -переходов и эффект модуляции ширины базы не учитываются.

Рисунок 2.2

Рисунок 2.3

Токи эмиттера и коллектора выражаются следующим образом:

,

,

где I_ЭБК и I_КБК - тепловые токи эмиттерного и коллекторного переходов при кз на входе транзистора (U_КБ = 0 и U_ЭБ = 0);

a₁ - коэффициент передачи по току эмиттера при инверсном включении;

U_ЭБ и U_КБ - напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах соответственно;

j_Т = k×T/e - температурный потенциал.

Известно, что

,

,

где I_КБ0, I_ЭБ0 - обратные токи коллекторного и эмиттерного переходов, измеряемые соответственно при обрыве коллектора и эмиттера.

Подставим эти выражения в предыдущие формулы, получим зависимость токов I_Э, I_Б, I_К от напряжений U_ЭБ, U_КБ, то есть выражения, описывающие статические ВАХ идеализированного транзистора:

,

.

Учитывая, что I_Б = I_Э - I_К, получим

.

Решая уравнение для I_Э относительно U_ЭБ, получим выражение для идеализированных входных (эмиттерных) характеристик транзистора U_ЭБ = f(I_Э), при U_КБ = const:

.

Выражение для выходных характеристик будет выглядеть следующим образом:

.

На основании законов Кирхгофа для токов в цепях электродов транзистора можно записать

I_Э = I_K + I_Б..

Реальные входные и выходные характеристики транзистора для схемы ОБ изображены на рисунке 2.4.

Для активной области | U_KБ | < 0 и | U_KБ | >> j_Т поэтому при нормальном включении

I_К = a×I_Э + I_КБ0.

Следовательно, ток коллектора / _К в активном режиме работы транзистора представляет собой сумму двух составляющих: тока I_КБ0 и части эмиттерного тока, который определяется потоком носителей заряда, инжектированных в базу и дошедших (за вычетом рекомбинировавших в базе) до коллекторного перехода.

Рисунок 2.4

Величина

,

называемая статическим (интегральным) коэффициентом передачи эмиттерного тока, составляет 0,95 ¸ 0,999.

Так как I_K >> I_КБ0. - то обычно статический коэффициент a будет равен

.

В инверсном режиме (коллекторный переход включен в прямом, а эмиттерный - в обратном направлении) ток эмиттера в этом случае будет равен:

I_Э = a₁×I_К + I_ЭБ0.

Величина a₁ определяется как:

,

и называется инверсным коэффициентом передачи коллекторного тока. Как правило a₁ < a..

Статические ВАХ транзистора для схемы ОЭ показаны на рисунке 2.5.

Рисунок 2.5

В первом квадранте на рис. 2.5 изображены выходные характеристики - I_R = f(Uкэ) где I_Б = const. Область I - активная область, в которой эмиттерный переход открыт, а коллекторный - закрыт. Как уже было сказано, эта область используется при работе транзистора в усилительном режиме. Если эмиттерный переход закрыт, то работа транзистора происходит в области III, которой соответствуют незначительные обратные токи (область отсечки). В области II эмиттерный и коллекторный переходы открыты, т. е. транзистор работает в режиме насыщения.

Во втором квадранте изображена характеристика передачи тока, т.е. зависимость I_K = f (I_Б) при U_КЭ ⁼ const.

В третьем квадранте представлена входная характеристика - зависимость I_Б = f (U_БЭ) при U_КЭ = const.

В транзисторе, включенном по схеме ОЭ, ток коллектора

.

Запишем это выражение в виде

,

где В = a / (1 - a) - статический (интегральный) коэффициент передачи базового тока;

Iкэо = I_КБО /(1 -a) = (1 + В) I_КБО - обратный ток коллекторного перехода в схеме ОЭ при I_Б = 0, т. е. при разомкнутом выводе базы.

Статический коэффициент передачи тока базы

.

Так как I_КБО << I_К и I_КБО << I_Б,, то практически статический коэффициент передачи тока базы определяют как

.

При работе транзистора на переменном токе при малых амплитудах используют дифференциальный коэффициент передачи тока базы

< при U_КЭ = const.

Дифференциальный коэффициент b связан с интегральным (статическим) коэффициентом следующим соотношением:

.

Зависимость b (I_Б) выражена сильнее, чем зависимость a(I_Э). Если же этой зависимостью без большой погрешности можно пренебречь, полагая Db /DI_Б = 0, то b» В.

Как было сказано, транзистор в различных электронных устройствах может использоваться в трех схемах включения: ОЭ, ОК и ОБ.

Наиболее часто применяется схема ОЭ, так как позволяет получить наибольший коэффициент усиления по мощности. Она имеет достаточно высокие коэффициенты усиления по напряжению (с инвертированием фазы входного напряжения на 180°), по току и относительно высокое входное сопротивление.

Схему ОК называют также эмиттерным повторителем, так как напряжение на эмиттере по полярности совпадает с напряжением на входе и близко к нему по значению. Эта схема усиливает ток и мощность, но не усиливает напряжение (K_U < 1). Она обладает наибольшим из всех трех схем включения входным сопротивлением и наименьшим выходным сопротивлением, поэтому часто используется как буферный усилитель для согласования низкого сопротивления нагрузки с высоким выходным сопротивлением каскада, иначе говоря, применяется как трансформатор сопротивлений. Эмиттерный повторитель эквивалентен генератору напряжения, которое мало изменяется при изменении сопротивления нагрузки.

Схема ОБ обеспечивает усиление напряжения и мощности, но не усиливает ток (коэффициент усиления по току меньше единицы, но близок к ней). Подобно схеме ОЭ, она имеет высокое выходное сопротивление. В отличие от схемы ОЭ входное сопротивление этой схемы очень мало; последнее обстоятельство делает ее непригодной для усиления больших напряжений. Обычно схема ОБ применяется для усиления напряжений на очень высоких частотах.