Режим работы транзистора

Рассмотрим каскад усиления на транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (рис. 3.22). При изменении величины входного сигнала будет изменяться ток базы. Ток коллектора изменяется пропорционально току базы:

. (3.40).

Рис. 3.22. Схема усилительного каскада

Изменение тока коллектора можно проследить по выходным характеристикам транзистора (рис. 3.23). На оси абсцисс отложим отрезок, равный — напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординат отложим отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепи этого источника:

. (3.41).

Между этими точками проведем прямую линию, которая называется линией нагрузки и описывается уравнением:

(3.42).

где — напряжение между коллектором и эмиттером транзистора; - сопротивление нагрузки в коллекторной цепи.

Рис. 3.23. Режимы работы биполярного транзистора

Из (3.42) следует, что.

. (3.43).

И, следовательно, наклон линии нагрузки определяется сопротивлением. Из рис. 3.23 следует, что в зависимости от тока базы, протекающего во входной цепи транзистора, рабочая точка транзистора, определяющая его коллекторный ток и напряжение, будет перемещаться вдоль линии нагрузки от самого нижнего положения (точки 1, определяемой пересечением линии нагрузки с выходной характеристикой при), до точки 2, определяемой пересечением линии нагрузки с начальным крутовозрастающим участком выходных характеристик.

Зона, расположенная между осью абсцисс и начальной выходной характеристикой, соответствующей, называется зоной отсечки и характеризуется тем, что оба перехода транзистора — эмиттерный и коллекторный смещены в обратном направлении. Коллекторный ток при этом представляет собой обратный ток коллекторного перехода —, который очень мал и поэтому почти все напряжение источника питания падает между эмиттером и коллектором закрытого транзистора:

.

А падение напряжения на нагрузке очень мало и равно:

. (3.44).

Говорят, что в этом случае транзистор работает в режиме отсечки. Поскольку в этом режиме ток, протекающий по нагрузке исчезающе мал, а почти все напряжение источника питания приложено к закрытому транзистору, то в этом режиме транзистор можно представить в виде разомкнутого ключа.

Если теперь увеличивать базовый ток, то рабочая точка будет перемещаться вдоль линии нагрузки, пока не достигнет точки 2. Базовый ток, соответствующий характеристике, проходящей через точку 2, называется током базы насыщения. Здесь транзистор входит в режим насыщения и дальнейшее увеличение базового тока не приведет к увеличению коллекторного тока. Зона между осью ординат и круто изменяющимся участком выходных характеристик называется зоной насыщения. В этом случае оба перехода транзистора смещены в прямом направлении; ток коллектора достигает максимального значения и почти равен максимальному току источника коллекторного питания:

(3.45).

а напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистора оказывается очень маленьким. Поэтому в режиме насыщения транзистор можно представить в виде замкнутого ключа.

Промежуточное положение рабочей точки между зоной отсечки и зоной насыщения определяет работу транзистора в режиме усиления, а область, где она находится, называется активной областью. При работе в этой области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, а коллекторный — в обратном.