Работа транзистора в схеме с общим эмиттером (ОЭ)

Схема усилительного каскада p-n-p-транзистора, включенного по схеме с ОЭ, приведена на рис.7.

Все соображения относительно отношения DV_{ВЫХ max} /DV_{ВХ max} остаются в силе и для этой схемы включения. Основное же отличие работы транзистора по схеме с ОЭ от работы по схеме с ОБ заключается в том, что происходит также значительное усиление по току. Будем называть отношение выходного тока J_К к входному J_Б коэффициентом передачи тока базы и обозначать h_21E.

Рис.7. Схема усилительного каскада на р-п-р-транзисторе, включенном по схеме с ОЭ

Легко получить связь между коэффициентами h_21E и α. Для этого запишем уравнение Кирхгофа для схемы на рис.7:

J_Э=J_К+J_Б, (38)

Учитывая, что J_К= α J_Э, получаем:

. (39)

Рассмотрим, как формируется выходной ток (ток коллектора) в активном режиме при подаче на вход постоянного тока базы (J_Б = const). На рис.8 приведены временные диаграммы изменения тока базы и тока коллектора.

Для обеспечения активного режима работы транзистора направление базового тока должно быть таким, чтобы основные (для базы) носители заряда втекали в базу. В рассматриваемом примере в базу должны втекать электроны. Как видно из энергетической диаграммы (на рис. 6), электроны в базе оказываются в потенциальной яме, т.е. они отделены энергетическим барьером от эмиттера и от коллектора. Свободный вход-выход электронов осуществляется только через омический контакт к базе. Осуществим на входе режим генератора тока (J_Б = const). Это означает, что в каждую масштабную единицу времени в базу поступает фиксированная порция электронов. За единицу времени примем время пролета дырок через активную базу (t_прол). Поступающую за это время в базу порцию электронов обозначим Dn₁.

Рис.8. Временные диаграммы изменения тока базы и тока коллектора

Итак, после включения базового тока в первую единицу времени в базу поступает Dn₁ электронов, которые заряжают базу отрицательно. Компенсация этого заряда может происходить либо за счет ухода этих электронов в эмиттере через понизившийся потенциальный барьер, либо за счет прихода в базу из эмиттера дырок (или и то и другое). Однако, благодаря тому, что эмиттер легирован много сильнее базы, реализуется второй вариант. Таким образом, в базу из эмиттера поступает порция дырок Dp₁ = Dn₁. Избыточные электронно-дырочные пары диффундируют от эмиттера к коллектору за время пролета неосновных носителей заряда через активную базу (t_A). Время пролета естественно имеет некоторую дисперсию. Поле коллекторного перехода разделяет носители: дырки перебрасываются в коллектор, а электроны остаются в базе. Таким образом, коллекторный ток появляется с определенной задержкой (»t_A) после подачи базового тока и в первый момент равен базовому току. Однако дырки ушли в коллектор, а электроны остались в базе. К этому времени в базу поступает следующая порция электронов Dn₁, и количество электронов в базе (в первом приближении) удваивается. Следовательно, из эмиттера в базу должно поступать вдвое больше дырок, которые опять через время пролета соберутся коллектором и так далее. Идет накопление в базе избыточных электронов, и ток дырок растет со временем. Если бы отсутствовали процессы рекомбинации, то процесс накопления электронов (и, следовательно, рост коллекторного тока) продолжался бы непрерывно. Однако при прохождении базы часть дырок рекомбинирует. Когда количество рекомбинирующих дырок за время пролета будет равно количеству поступающих в базу электронов Dn₁, процесс стабилизируется. К этому времени в базе накопится избыточное количество электронов Dn =Dn₁×(t_А/t_A) и, следовательно, стационарный ток коллектора будет превышать ток базы в (t_А/t_A) раз. Важно, что время установления стационарного тока в транзисторе определяется временем жизни неосновных носителей в базе. Таким образом, когда источником входного сигнала является источник тока, быстродействие транзистора в схеме с ОБ (определяемое временем пролета) оказывается гораздо выше, чем в схеме с ОЭ (определяемое временем жизни неосновных носителей заряда).