(1.4-1)1.4.2 Karakteristike tranzistora
Može se pokazati da su struje u tranzistoru određene sljedećim zakonitostima
(1.4-1)
(1.4-2)
(1.4-3)
pri čemu je
ISE reverzna struja zasićenja spoja baza-emiter, parametar a označava strujno pojačanje zajedničke baze i predstavlja dio struje iE koji doprinosi ukupnoj kolektorskoj struji, ICBO je reverzna struja zasićenja spoja kolektor-baza u slučaju odspojenog emitera, a UT je toplinski napon određen izrazom
(1.4-4)
Napon UT predstavlja naponski ekvivalent temperature i kod temperature od 300 K ima vrijednost 25.861x 10-3 V.
Drugi važan parametar tranzistora je strujno pojačanje zajedničkog emitera izraženo kao
(1.4-5)
Vrijednost parametra a je približno stalna i blizu je, ali uvijek manja od 1. Najčešća vrijednost parametra a je u rasponu od 0.9 do 0.988, tako da je vrijednost parametra b u rasponu od 9 do 500. Promjene parametra b su usko vezane s promjenama parmetra a .
Prethodno navedeni modeli i jednadžbe vrijede u slučaju idealnog tranzistora. Modeli i jednadžbe u slučaju realnog tranzistora odstupaju od idealnih i najbolje se ogledaju u statičkim karakteristikama tranzistora. Statičke karakteristike zamišljenog
npn tranzistora prikazuje slika 1.4-3. Emiterske karakteristike, slika 1.4-3(a), prikazuju zavisnost emiterske struje iE o naponu propusne polarizacije emitera uBE za nekoliko vrijednosti napona uCB. Vidljiva je zavisnost krivulje iE-uBE o naponu uCE. Zavisnost je manja za napone uCE veće od nekoliko volti. Krivulja iE-uBE pokazuje i temperaturnu zavisnost, pa tako kod silicijevog tranzistora, uz stalni iznos struje iE, napon uBE opada za 2 mV kod porasta temperature za 1 K.
Slika 1.4-3 Statičke karakteristike zamišljenog tranzistora u spoju zajedničke baze (a) karakteristike emitera i (b) karakteristike kolektora
Kolektorske karakteristike, slika 1.4-3(b), pokazuju zavisnost kolektorske struje iC prema naponu kolektor-baza uCB uz različite stalne iznose struje iE. Kao što je i za očekivati iz izraza (1.4-2), slijedi da je kolektorska struja iC u aktivnom području gotovo nezavisna o kolektorskom naponu i zavisi samo o struji iE. U idealnom slučaju, kada bi a bilo jednako jedinici, kolektorska struja bi bila jednaka emiterskoj struji, iC = iE. U slučaju realnog tranzistora iC » iE i krivulja ima mali nagib koji označava slabu zavisnost o naponu uCB. Za veće vrijednosti napona uCB, zavisnost se pojačava, te se u tehničkom podacima o tranzistoru navodi i napon proboja UCBO iznad kojega tranzistor ne može raditi. Kod toga napona iznos struje iC naglo poraste. Ako se ne prekorače dozvoljeni iznosi struja i temperature, tranzistor može raditi u području proboja.
Slijedi opis rada tranzistora u rež
imu zapiranja i zasićenja, prema slici 1.4-3(b). U aktivnom režimu rada, zbog održavanja nepropusne polarizacije spoja kolektor baza, napon uCB > 0. Međutim, kada je uCB < 0, spoj kolektor-baza postaje propusno usmjerenim, kod uCB = -0.6 V, struja koju daje emiter je smanjena te se smanjuje i iC. U tom slučaju spoj kolektor-baza djeluje kao obična spojna dioda i struja može poprimiti negativnu vrijednost. Opisani rad, kada je uCB < -0.6 V, odgovara radu tranzistora u području zasićenja. Tranzistor pak radi u režimu zapiranja kada je iE = 0, uz uCB > -0.6 V, čemu odgovara iC = ICBO » 0 i spoj baza-emiter ne vodi. U nekim električnim krugovima tranzistor radi kao dvopolni element, s ulaznim i izlaznim stezaljkama, pri čemu baza tvori zajedničku stezaljku. U spoju zajedničke baze, karakteristike prikazane na slici 1.4-3(a) i (b) se nazivaju ulaznim, odnosno izlaznim karakteristikama.
Slika 1.4-4 Kolektorske karakteristike bipolarnog tranzistora npn tipa s naponom baza-emiter kao parametrom
Najčešća primjena tranzistora je u spoju zajedničkog emitera, pri čemu za ulaz signala služi baza, a izlaz kolektor. U slučaju kada je ulazni napon jednak naponu baza-emiter, izgled izlaznih karakteristika prikazuje slika 1.4-4. Kada su krivulje približno linearne do točke prekida, aktivno područje odgovara naponu uCE između 0.6 do 0.8 V. Ako se linearne krivulje ekstrapoliraju u suprotnu stranu pozitivne osi uCE, sastaju se u točki -UA koja se naziva Early-jevim naponom. Tipična vrijednost napona UA se kod bipolarnih spojnih tranzistora kreče u rasponu od 50 do 100 V. Early-jev efekt dovodi do pozitivnog nagiba krivulja, a rezultat je širenja osiromašenog sloja spoja kolektor-baza i smanjenja djelatne širine baze, pri porastu napona uBE. Iz toga proizlazi i obrnuta proporcionalnost struje ISE u odnosu na širinu baze (1.4-1), što rezultira porastom struje iC prema izrazu (1.4-2). Povećanje struje iC se opisuje dodavanjem posebnog faktora struji ISE, te izraz za iC glasi
(1.4-6)
Ponašanje spoja zajedničkog-emitera zamišljenog npn silicijskog tranzistora prikazuje slika 1.4-5. Ulazne karakteristike na slici 1.4-5(a) opisuju zavisnost iB-uBE. Uočljiva je zavisnost o naponu kolektor-emiter, uCE. Izlazne karakteristike, slika 1.4-5(b), su slične krivuljama na slici 1.5-3, osim što stalni parametar pojedine krivulje umjesto napona predstavlja struja baze. Uzrok pojave napona proboja u spoju zajedničkog emitera je složeniji negoli kod spoja zajedničke baze. Napon iznad kojega tranzistor u spoju zajedničkog emitera ne može pravilno raditi naziva se naponom zadržavanja, UCEO, i otprilike iznosi polovicu vrijednosti napona proboja tranzistora u spoju zajedničke baze UCBO.
Slika 1.4-5 Statičke karakteristike zamišljenog tranzistora u spoju zajedničkog emitera (a) ulazne karakteristike i (b) izlazne karakteristike