Лекция 4 (лекции по УГФС), страница 2

Статические ВАХ анодного тока тетрода и пентода соответствуют фиксированному напряжению на второй (экранной) сетке . При изменении этого напряжения характеристики пропорционально смещаются: в основной области в анодной системе координат при увеличении вверх, в анодно-сеточной системе координат влево. Критическая линия при этом в анодной системе координат наклоняется вправо. Отметим, что в случае тетродов и пентодов напряжённость режима работы лампы в первую очередь связана с перераспределением катодного тока между анодом и второй (экранной) сеткой, а не между анодом и первой (управляющей) сеткой, как в триоде. В случае пентода напряжение на третьей (защитной) сетке также фиксируется, причём часто

У ряда тетродов проявляется динатронный эффект, что приводит к статическим ВАХ анодного тока рис.4.4,а, где пунктиром показаны также ВАХ тока второй (экранной) сетки

Аппроксимируют такие характеристики анодного тока, как показано на рис.4.4,б. Напряжение называется анодным напряжением сдвига. Величина его пропорциональна напряжению питания второй (экранной) сетки :

где - коэффициент динатронного эффекта, значение которого обычно находится в пределах (0,8…1,0).

При такой аппроксимации область левее считается запретной.

В
ГВВ на биполярных транзисторах наибольшее распространение имеет схема с общим эмиттером, представленная на рис.1.1,б, ввиду того, что она обладает наибольшим коэффициентом усиления по мощности. Схема с общим эмиттером транзисторного ГВВ эквивалентна схеме лампового генератора с общим катодом.

Т
ипичные статические ВАХ биполярного транзистора по схеме с общим эмиттером показаны на рис.4.5.¹

Статические ВАХ коллекторного тока транзистора во многом подобны статическим ВАХ анодного тока лампы рис.4.1, рис.4.2. В качестве параметра при снятии статических характеристик коллекторного тока в системе координат , обычно принимается ток базы , тогда как у ламп в эквивалентной системе координат параметром является напряжение на сетке . Отвлекаясь от причин этого различия, отметим, что, используя характеристики базового тока транзистора рис.4.5,б, можно от величины базового тока перейти к напряжению на базе , являющемся эквивалентом напряжения в случае лампы.

В семействе статических ВАХ биполярного транзистора выделяют четыре области:

1 – область отсечки, когда эмиттерный (эмиттер-база) и коллекторный (коллектор-база) переходы смещены в обратном направлении, то есть закрыты. Коллекторный переход смещён в обратном направлении в исходном состоянии транзистора в ГВВ всегда, а эмиттерный только при .

2 – активная область, когда эмиттерный переход смещён в прямом направлении (открыт), а коллекторный – в обратном (закрыт). В этой области коллекторный ток слабо зависит от коллекторного напряжения , а в основном зависит от напряжения на базе (или от тока базы ).

Следовательно, в активной области, являющейся основной при работе транзистора в ГВВ, статические ВАХ транзистора ближе к ВАХ ламп с малой проницаемостью, то есть в первую очередь к тетродам и пентодам.

3 – область насыщения, когда оба перехода смещены в прямом направлении (открыты). Это имеет место при > .

Представляя биполярный транзистор как условно показано на рис.4.6, при обычно принимаемых направлениях напряжений на электродах (такие направления напряжений приняты и в транзисторном ГВВ по схеме рис.1.1,б) напряжение на коллекторном переходе можно определить как

В активной области , поэтому и переход коллектор-база (К-Б) всё время закрыт. При этом ток эмиттера распределяется между базой и коллектором
(рис.4.6,б). Когда оказывается , коллекторный переход открывается и коллектор начинает выполнять функции эмиттера, что обусловливает появление составляющей коллекторного тока обратного направления (рис.4.6,в), о чём мы упоминали в лекции 3, обсуждая форму импульса коллекторного тока при коэффициенте использования коллекторного напряжения ξ > 1.

В области насыщения ток коллектора в основном зависит от напряжения на коллекторе. Граница, отделяющая область насыщения от активной области, называется линией насыщения. Линия насыщения сходна с критической линией (или линией критических режимов) в семействе статических ВАХ лампы в анодной системе координат .

4 – область лавинного умножения или область пробоя. В области лавинного умножения транзистор может находиться в течение весьма малого времени, величина которого зависит от многих факторов и сильно колеблется у различных типов транзисторов. При превышении этого времени наступает явление вторичного пробоя, приводящее к необратимым процессам в структуре p-n перехода и выходу транзистора из строя.

Для расчёта транзисторных ГВВ применяется кусочно-линейная аппроксимация статических ВАХ коллекторного тока в активной области и в области насыщения, что обусловлено, в первую очередь, большим сходством статических ВАХ биполярного транзистора и электронной лампы.

На рис.4.7 показаны аппроксимированные статические ВАХ коллекторного тока биполярного транзистора.

Основными параметрами аппроксимированных характеристик являются:

статическая крутизна

напряжение отсечки при выбранном напряжении ;

крутизна линии насыщения или критической линии

коэффициент

аналогичный проницаемости у ламп.

Часто у транзисторов можно считать коэффициент D = 0, при этом не зависит от напряжения , а аппроксимированные характеристики коллекторного тока в системе координат выходят из одной точки. В системе координат в пределах основной области при D = 0 характеристики отображаются прямыми линиями, параллельными оси абсцисс . Очевидно, при D = 0 аппроксимированные ВАХ коллекторного тока подобны аппроксимированным ВАХ анодного тока генераторной лампы с пренебрежимо малым значением D.

Линия насыщения или критическая линия разделяет недонапряжённый и перенапряжённый режимы работы транзистора, соответственно и ГВВ. Самой линии соответствует критический режим работы.

Параметры аппроксимированных статических ВАХ коллекторного тока биполярного транзистора определяются аналогично соответствующим параметрам аппроксимированных статических ВАХ анодного тока генераторной лампы. Они также носят название эквивалентных параметров статических ВАХ коллекторного тока.

П
омимо рассмотренной аппроксимации статических ВАХ коллекторного тока биполярного транзистора на семействе реальных характеристик в системе координат выделяют также линию параметрического режима, которая проходит правее линии насыщения, как показано на рис.4.8.

Если в процессе работы транзисторного ГВВ мгновенная рабочая точка, определяемая мгновенными напряжениями на электродах и соответствующим им значением коллекторного тока, остаётся правее линии параметрического режима, то режим считается допараметрическим. При заходе рабочей точки левее этой линии режим становится параметрическим. Разделяет эти два режима граничный режим, которому соответствует линия параметрического режима (в справочных данных на транзистор линию параметрического режима часто называют линией критического режима, которая приводится для одной или нескольких частот. Однако, несмотря на схожесть названий, не следует путать линию критического режима с линией критических режимов – линией насыщения).

В допараметрическом режиме ряд параметров транзистора, например, ёмкость коллекторного перехода, можно считать неизменными, тогда как в параметрическом режиме эти параметры сильно зависят от режима. Это обстоятельство используется в ряде устройств на транзисторах, в том числе и для генерирования высокочастотных электрических колебаний – в параметрических транзисторных умножителях частоты.²

Таким образом, в общем случае в транзисторном генераторе, в отличие от лампового, различают шесть режимов работы: недонапряжённый, критический, перенапряжённый, которые аналогичны режимам лампового генератора и связаны с нелинейностью статических ВАХ коллекторного тока при переходе из активной области в область насыщения, и допараметрический, граничный, параметрический. Понятие параметрического режима является специфическим для транзисторного генератора. Можно считать, что области на семействе статических ВАХ коллекторного тока, соответствующие названным режимам, попарно совпадают для недонапряжённого и допараметрического, критического и граничного, перенапряжённого и параметрического.

Уравнения выходного тока АЭ ГВВ для разных режимов работы по напряжённости при кусочно-линейной аппроксимации статических ВАХ