3. Задание к лабораторной работе

Для заданных номиналов резисторов определить токи и напряжения в ветвях схемы при отсутствии сигнала на входе и заданном (данные, а также входные и выходные характеристики транзистора получить у преподавателя).

4. Содержание отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Схему анализируемого усилительного каскада, на которой должны быть показаны направления токов в ветвях при отсутствии сигнала на входе.

2. Графики, необходимые для построения управляющих динамических характеристик коллекторного тока и выходного напряжения.

5. Контрольные вопросы

1. Как графически находится ВАХ участка цепи, содержащей параллельно и последовательно соединённые элементы, если ВАХ отдельных элементов известны?

2. Почему зависимость между током коллектора и током базы (рис. 1.2а) не проходит через начало координат?

3. Как графически определяются токи и напряжения в схеме при отсутствии сигнала на входе?

4. Каково назначение элементов в усилителе, схема которого показана на рис. 1.1?

5. Как выглядят характеристики транзистора при включении его с общей базой?

6. Каким образом производится измерение характеристик транзистора?

7. Как изменятся входные характеристики транзистора при увеличении температуры?

8. Как изменяется коллекторный ток транзистора в схеме усилительного каскада с общим эмиттером, если ток базы остается постоянным, а сопротивление в коллекторной цепи увеличивается?

9. Укажите алгоритм анализа схемы с общим коллектором.

Лабораторная работа № 2

Схемы смещения в усилителях на биполярных транзисторах. Стабилизация режима

1. Цель работы

Изучение основных схем подачи смещения и стабилизации режима работы в усилителях на биполярных транзисторах.

2. Теоретическое введение

В схемах на полупроводниковых элементах желательный режим работы транзистора по постоянному току (положение рабочей точки) устанавливается путём подачи напряжения (подачи смещения) на соответствующие выводы транзистора. Коллекторный переход обычно смещают в обратном направлении, эмиттерный же переход может быть смещён как в прямом, так и в обратном направлении.

Подать смещение можно с помощью нескольких источников напряжения, однако чаще применяют цепи смещения, образованные одним источником ЭДС и резисторами.

Выбор положения рабочей точки определяется назначением усилителя, полярностью входного сигнала и диапазоном его изменения. Во всех случаях на режим смещения накладываются ограничения. Ограничением снизу обычно является уменьшение коэффициента передачи тока при малых . Ограничением сверху является потребляемая мощность или же предельно допустимые параметры транзистора , или . Непосредственно выбор рабочей точки производится по статическим характеристикам усилительного элемента.

В реальных схемах рабочая точка может не соответствовать теоретически выбранному положению, так как существует разброс параметров и статических характеристик элементов, а справочные данные, по которым производится расчёт режима, являются типовыми, средними. Уход реальной рабочей точки возможен так же из-за отклонения напряжения источников смещения, старения элементов, влияния изменений температуры окружающей среды на параметры элементов схемы. Поэтому кроме задания нужного смещения, возникает необходимость поддержания заданного режима работы транзистора, что и является задачей стабилизации каскада и усилителя в целом.

Стабилизация и задание режима работы транзистора обычно осуществляется одними и теми же элементами. Эти же элементы являются составной частью входного и выходного сопротивления схемы, что необходимо учитывать при выборе схемы смещения.

Режим смещения характеризуется двумя величинами – начальным током коллектора и напряжением между коллектором и эмиттером . Нестабильность режима определяется изменением этих величин. Поскольку в конкретной схеме между изменениями и имеется однозначная связь, характеристикой нестабильности считают одну из двух величин, а именно .

Наиболее существенной причиной сдвига рабочей точки, как правило, является температурная нестабильность. Основными факторами, определяющими температурную нестабильность транзистора, являются нестабильности теплового тока коллектора , напряжения база-эмиттер и коэффициента передачи тока . В первом приближении для температурной зависимости тока напряжения на эмиттерном переходе в диапазоне температур 0–50°C как для германиевых, так и для кремниевых транзисторов можно записать соотношения:

Таким образом, с повышением температуры на один градус величина теплового тока коллектора увеличивается примерно на 7% от значения, измеренного при начальной температуре, величина напряжения уменьшается со скоростью ~2.5 мВ/град. Отметим также, что у каскадов с германиевыми транзисторами отношение , а с кремниевыми – . Поэтому для кремниевых приборов изменение теплового тока часто может не учитываться.

В общем случае ток коллектора является функцией многих переменных , здесь – напряжения источников питания схемы, – резисторы, с помощью которых задаётся ток . Приращение можно найти двумя способами. Один из них сводится к определению как разности . При этом используются значения параметров схемы и транзисторов для двух состояний схемы. Второй путь предполагает получение в виде полного дифференциала по параметрам, зависящим от состояния схемы:

. (2.1)

Вошедшие в (2.1) частные производные, характеризующие скорость изменения под действием различных дестабилизирующих факторов, называются коэффициентами нестабильности и имеют обозначения:

(2.2)

Второй путь пригоден для относительно узкого диапазона изменений параметров схемы, поскольку он учитывает только линейную связь между и , и т.д., которая справедлива лишь в ограниченной области изменения указанных параметров.