ЛЕКЦИЯ 7. АКТИВНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

П л а н л е к ц и и

7.1. Режим работы на постоянном токе. 7.2. Режим работы на переменном токе.

7.1. Режимработынапостоянномтоке.

Биполярные транзисторы применяются для усиления электрических сигналов. Наибольшее распространение для усиления сигналов переменного тока получила схема с общим эмиттером. На рис. 7.1 приведена схема резистивного усилительного каскада с ОЭ на основе БТ п–р–п-типа.

Кроме активного элемента (БТ), схема содержит источник питания цепи коллектора Ек, источник смещения цепи базы Еб, резистор нагрузки Rк, резистор смещения Rб и конденсатор Cр, разделяющий входные цепи постоянного и переменного токов. Через разделительный конденсатор ко входу каскада подключается источник усиливаемого переменного напряжения Uвх. В практических схемах используются различные способы задания смещения, в том числе от общего источника питания Ек, различные способы термостабилизации режима работы и связи с источником сигнала, в том числе гальванической. В схеме усиления активный элемент, управляемый входным током, преобразует энергию источника питания в энергию полезных усиливаемых сигналов, выделяемых на сопротивлении нагрузки.

Каскад с общим эмиттером дает большое усиление по току, по напряжению и мощности и инвертирует фазу сигнала.

 Электроника. Конспект лекций

-103-

ЛЕКЦИЯ 7. АКТИВНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

7.1. Режим работы на постоянном токе.

Еб	Ек
Rб	Rк

Cр

Uвых

Uвх

Рис. 7.1. Типовая схема усилительного каскада с общим эмиттером

Наглядное представление об усилительных свойствах биполярного транзистора дает графоаналитический метод расчета и анализа усилительных каскадов. Графоаналитический метод позволяет определить переменные составляющие токов и напряжений транзистора с учетом его нелинейных свойств, выбрать и задать необходимый режим работы транзистора по постоянному току. Он основывается на использовании семейств статических входных и выходных характеристик транзистора.

При этом на семействе статических выходных характеристик (рис. 7.2, а) строится динамическая выходная характеристика, называемая также линией нагрузки или нагрузочной характеристикой.

Она устанавливает связь между током коллектора Iк и напряжением коллектор-эмиттер Uкэ транзистора при заданном сопротивлении нагрузки Rк и ЭДС (напряжении) источника питания Ек:

Iк = (Ек – Uкэ)/Rк.

(7.1)

Построение линии нагрузки производится по точкам ее пересечения с осями координат. При Iк = 0 получаем Uкэ = Е к, откладываем на оси напряжений значение Ек, получаем точку М. При Uкэ = 0 получаем Iк = Ек /Rк, откладываем это значение по оси токов, получаем точку N. Соединяя эти точки прямой, получаем линию нагрузки.

7.2. Режимработынапеременномтоке.

Затем на ней выбираем рабочий участок. Например, для получения большой выходной мощности и малых искажений сигнала следует взять рабочий участок АБ. По проекциям рабочего участка на оси координат

 Электроника. Конспект лекций

-104-

ЛЕКЦИЯ 7. АКТИВНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

7.2. Режим работы на переменном токе.

определяем двойные амплитуды первых гармоник переменных составляющих выходного напряжения 2Uкэ m и выходного тока 2Iк m. После этого можно найти выходную мощность:

Pвых = 0,5·Iк m ·Uкэ m.

(7.2)

На рис. 7.2, а заштрихован так называемый треугольник полезной мощности. Его гипотенузой является рабочий участок АБ, а катетами – соответственно двойные амплитуды тока 2Iк m и напряжения 2Uкэ m. Нетрудно вычислить, что площадь треугольника соответствует учетверенной полезной мощности 2Iк m ·Uкэ m. В этом случае рабочая точка Т на линии нагрузки соответствует току базы Iб(0), среднему по отношению к токам базы в точках А и Б. Рабочая точка Т определяет амплитуду первой гармоники входного тока Iб m как половину разности токов базы, соответствующих точкам А и Б. Проекции рабочей точки на оси координат определяют постоянное значение тока коллектора Iк(0) и напряжения Uкэ(0) в режиме покоя.

 Электроника. Конспект лекций

-105-

ЛЕКЦИЯ 7. АКТИВНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

7.2. Режим работы на переменном токе.

Iк, мА
N	A		80 мкА
10			60 мкА
2Iкm	Т		40 мкА	+
5			20 мкА	–
Iк(0))		Б
			Iб=0
0	10	20 M	30 Uкэ , В	t
	Uкэ(0)
	2Uкэ.m
	+
t	–
		а
Iб, мкА
60		A1
40		Т1		+
2Iбm
20				–
		B1

0	200	400	600 Uбэ , мВ	t
	Uбэ(0)		2Uбэ.m

		+
	t	–
		б

Рис. 7.2. К графоаналитическому методу расчета и анализа усилительного каскада на биполярном транзисторе

 Электроника. Конспект лекций

-106-

ЛЕКЦИЯ 7. АКТИВНЫЙ РЕЖИМ РАБОТЫ БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

7.2. Режим работы на переменном токе.

Если имеется семейство входных характеристик транзистора, то можно построить входную динамическую характеристику путем перенесения на это семейство точек выходной динамической характеристики.

На эту характеристику переносятся точки А, Т и Б и получаются точки А1, Т1 и Б1 (рис. 7.2, б). Проекция рабочего участка А1Б1 на ось напряжений дает двойную амплитуду входного напряжения 2Uбэ m.

Зная Iб m и Uбэ m, можно рассчитать входное сопротивление Rвх и входную мощность по формулам:

Pвх = 0,5·Iб m ·Uбэ m.	(7.3)
Rвх = Uбэ m /Iб m.	(7.4)

Рабочая точка Т1 определяет также постоянное напряжение базы Uбэ(0). Считая, что постоянная составляющая тока базы в режиме усиления равна Iб(0), можно рассчитать сопротивление резистора смещения в цепи базы Rб, через который от источника Еб подается постоянное напряжение на базу:

Rб = (Еб – Uбэ(0))/Iб(0).

(7.5)

Коэффициенты усиления каскада по напряжению, току и мощности можно рассчитать в соответствии с их определениями:

KI = Iк m/Iб m; KU = Uкэ m /Uбэ m; Kp = KI ·KU .

(7.6)

Биполярные транзисторы могут работать как в активной области ВАХ без отсечки тока (в классе А), так и в активной области с отсечкой тока (например, в классе В). При работе в ключевом режиме (класс D) используется также область насыщения ВАХ.

 Электроника. Конспект лекций

-107-