Практическое занятие 4

РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА

ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ

1. Цель работы:

1.1 Изучить режим работы биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером. Определить параметры усилительного каскада на постоянном токе.

2. Подготовка к выполнению работы

1. Ознакомьтесь с терминологией и буквенными обозначениями параметров биполярных транзисторов по ГОСТ 20003-74 по справочной литературе.

2. Выпишите параметры транзистора, полученные в работе 2.

3. Продумайте методику проведения исследований.

4. Ответьте на контрольные вопросы.

3. Расчетная часть:

3.1 Скопировать коллекторные характеристики транзистора, полученные при выполнении работы 2 «Статические характеристики и параметры биполярного транзистора».

Величину напряжения Е_К выбрать в диапазоне 15 – 20 В. Ток насыщения I_Кнас выбрать вблизи перегиба коллекторной характеристики, снятой при максимальном токе базы.

3.2 Вычислить величину сопротивления в цепи коллектора R_К = E_K/I_Кнас и выбрать ближайшее большее значение из нормированного ряда Е12 (1; 1,2; 1,5; 2,2; 2,7; 3,3; 3,9; 4,7; 5,6; 6,8; 8,2).

3.3 Провести нагрузочную прямую через две точки I_Кнас и E_K (рисунок 17.б).

3.4 На нагрузочной прямой выбрать положение рабочей точки при токе базы I⁰_Б = 60 мкА.

3.5 Выписать значения токов и напряжений, соответствующих выбранному положению рабочей точки U⁰_К, I⁰_К, I⁰_Б.

3.6 Вычислить сопротивление коллекторной цепи транзистора постоянному току для выбранного положения РТ.

4. Общие положения, термины и определения

Обычно усилительные каскады строятся по схеме, приведенной на рис. 17.а. К зажимам источника питания постоянного тока Ек подключаются последовательно резистор R и активный элемент АЭ, имеющий три внешних электрода. На электрод 1 подается электрический сигнал от источника Е_С. Этот сигнал управляет током, протекающим по активному элементу, а в результате изменяется напряжение на выходном электроде 2. Третий электрод является общим для входной и выходной цепей.

Таким образом, входное управляющее напряжение подключается к точкам 1-3 АЭ, выходное управляемое напряжение снимается с точек 2-3.

В качестве активного элемента используются биполярные или полевые транзисторы. Наиболее часто используется схема включения общий эмиттер (ОЭ), т.к. она обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности.

⁰

Анализ работы усилительного каскада проведем графическим способом, воспользовавшись семейством коллекторных (выходных) вольт-амперных характеристик.

Схему рисунка 17.а) можно рассматривать как делитель напряжения источника E_К. Делитель состоит из сопротивления R и управляемого по величине внутреннего сопротивления активного элемента АЭ

U_ВЫХ = E_К – I_К·R

Это уравнение является уравнением прямой, пересекающей координатные оси в точках I_К = E_К/R и U_ВЫХ = E_К. Эта прямая называется нагрузочной прямой рисунок 17.б) или линией нагрузки транзистора по постоянному току.

Ток в делителе и падение напряжения на его элементах при заданном токе базы, например I⁰_Б, определяется точкой пересечения ВАХ активного элемента - транзистора - с нагрузочной прямой. Эта точка называется рабочей точкой (РТ). Спроецируем ее на оси тока и напряжения. Получим значение тока, протекающего по делителю, и напряжения U_ВЫХ = U_КЭ и I_К·R . Эти значения определяют исходный (начальный) режим (режим покоя). Их принято обозначать символами I⁰_Б, I⁰_К, U⁰_КЭ, U⁰_БЭ.

При изменении управляющего тока базы рабочая точка перемещается по нагрузочной прямой, при этом изменяются ток коллектора и напряжение между коллектором и эмиттером. Изменение тока базы от I_Б = 0 до I_Бнас соответствует линейному режиму работы усилительного элемента.

Изменение окружающей температуры влияет на коллекторный ток. Например, при увеличении температуры от 20С до 70С, ВАХ перемещаются вверх, а соответственно перемещается рабочая точка.

Усилительный элемент, включенный в схему делителя напряжения вместе со всеми элементами, обеспечивающими его режим, составляют усилительный каскад.

Для каскада ОЭ без внешней нагрузки коэффициент усиления определяется согласно соотношению

.

Для аналитического расчета цепей с транзисторами используют схемы замещения. В основном используются физические и формализованные схемы. В физической схеме параметры связаны с физическими (собственными) параметрами транзистора. На рисунке 18 представлена Т-образная схема для переменных токов и напряжений для схемы включения ОЭ. Она справедлива для линейного режима входных и выходных ВАХ транзистора, на которых параметры транзистора можно считать неизменными.

Здесь г_э — дифференциальное сопротивление перехода эмиттер-база

г_э = dU_Э/dI_Э |При U_КЭ = const.

Значение г_э зависит от постоянной составляющей тока эмиттера

г_э = φ_т/I_Э =0,026/I_Э.

г_б - объемное сопротивление базы.

Обычно г_б >> г_э и составляет 100 ÷ 500 Ом.

Сопротивление

г*_К = dU_КЭ/dI_К |При I_Б = const.

– дифференциальное сопротивление коллекторного перехода. Значения глежат в пределах 5 ÷ 500 кОм.

32