Электроника_Книга (Электроника), страница 9

Так как работа в предельном режиме соответствует самой низкой надежности, то использование предельных режимов в схемах,от которых требуется высокая надежность, не допускается.Практика показывает, что при использовании БТ в облегченныхрежимах надежность их работы повышается в десятки раз по сравнению с надежностью в предельном режиме. Поэтому не рекомендуетсяиспользовать величины напряжений, токов, мощностей выше 70 %их предельных значений.3.8 Вопросы для самоконтроля1. Транзистор. Его назначение и виды. Биполярные и полевые транзисторы.2.

Типы, структурные схемы, переходы и условные обозначения БТ.3. Связь токов и их направления в БТ.4. Напряжения, их величины и полярности в БТ.5. Особенности конструкции БТ.6. Работа БТ (типов p–n–p и n–p–n) при разомкнутом ключе в цепиэмиттера.7. Работа БТ при замкнутом ключе в цепи эмиттера.8. Основные причины протекания тока по пути эмиттер–база–коллектор.9. Усилительные свойства БТ.

Носители, создающие токи в БТ.10. Определение входного и выходного токов.11. Определение входного и выходного напряжений.12. Схемы включения БТ (типов p–n–p и n–p–n), их входные и выходные токи и напряжения.12.1. Схема с ОБ.12.2. Схема с ОЭ.12.3. Схема с ОК.13. Сравнение параметров схем включения БТ.14.

Статические входные характеристики в схеме с ОБ.15. Статические входные характеристики в схеме с ОЭ.16. Статические выходные характеристики в схеме с ОБ.17. Статические выходные характеристики в схеме с ОЭ.18. Схемы замещения БТ активным четырехполюсником.5619.

Уравнения активного четырехполюсника.20. h-параметры транзистора, их физический смысл и нахождениепо статическим характеристикам.20.1. h11.20.2. h12.20.3. h21.20.4. h22.21. Основные предельно допустимые значения БТ.574 ДИНАМИЧЕСКИЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРОВ.РАБОТА ТРАНЗИСТОРА В АКТИВНОЙ ОБЛАСТИ4.1 Динамический режим работы транзисторов4.1.1 Схема включения транзистора в динамическом режимеРежим работы транзистора при наличии внешнего сопротивления в его выходной цепи называют динамическим режимом или режимом нагрузки. На вход подается переменное (синусоидальное,пилообразное, прямоугольное, либо другое) напряжение uВХ, а в выходную цепь включают элемент нагрузки — резистор, первичную обмотку трансформатора, обмотку реле и так далее.Динамический режим характеризуется EK = const и ZK = const.

Схема работы транзистора в динамическом режиме, в выходную цепь которой включен активный резистор RK, приведена на рисунке 4.1.Рисунок 4.1 – Схема работы транзистора в динамическом режиме58Источник напряжения смещения ЕЭБ включается следующим образом. Если необходимо, чтобы при отсутствии входного сигналатранзистор был открыт, то на переход jЭ подается прямое смещение(сплошная линия на рисунке 4.1).

Если необходимо, чтобы при отсутствии входного сигнала транзистор был закрыт, то – обратное (пунктирная линия на рисунке 4.1).Во входной цепи для ограничения входного тока (тока базы)включено сопротивление RБ. В выходной цепи, в зависимости отцели, выходное напряжение может сниматься как между коллектором транзистора и «–» EK – напряжение UR , так и между эмиттероми коллектором транзистора – напряжение UК.4.1.2 Выходная динамическая характеристика (ДХ)Основными характеристиками в динамическом режиме являются входная и выходная динамические характеристики.

Причем первойстроится выходная характеристика.Выходной ДХ называется зависимость IВЫХ= f(UВЫХ) при EK= const,RK= const. Так как на рисунке 4.1 IВЫХ = IK, а UВЫХ = UK, то найдем аналитическую зависимость IК= f(UК) для этой схемы и построим выходную ДХ.Для выходной цепи (рисунок 4.1) можно составить уравнение повторому закону КирхгофаЕК = UК + UR = UК + IК RК .(4.1)Решая (4.1) относительно IK, получимIК =Е К −U К Е К1=−⋅U К .RКRК RК(4.2)Выражение (4.2) является уравнением выходной ДХ. В нем величины EK и RК являются постоянными и известными, UК – аргумент или переменная, а IК – функция. Поэтому функция, описываемая выражением (4.2), является линейной типа y = a + bx, гдеа = EK/RК, а b = –1/RК .Так как линейная функция является прямой, то для ее построения достаточно знать две ее точки.

Поэтому можно задать два любых значения UК и, получив по ним при помощи (4.2) два значенияIК, построить выходную ДХ.Обычно линейную функцию строят по точкам пересечения еес осями координат, так как в этих точках значение либо аргумента,либо функции будут равны нулю.59В точке пересечения выходной ДХ с осью абсцисс (ось UК) величина выходного тока IК всегда будет равняться нулю. Подставивв (4.2) IК = 0, получим0=ЕК1−⋅U К или U К = E К .RК RКОткладывая по оси абсцисс UК = ЕК, получим т. А – первую точку для построения выходной ДХ (рисунок 4.2).В точке пересечения выходной ДХ с осью ординат (ось IК) величина выходного напряжения UК всегда будет равняться нулю.

Подставив в (4.2) UК = 0, получимIК =ЕКЕ1−⋅ 0 или I К = К .RК RКRКОткладывая по оси ординат IК = ЕК/RК, получим т. B – вторую точку для построения выходной ДХ (рисунок 4.2).Рисунок 4.2 – Построение выходной динамической характеристикиЛиния АВ есть выходная ДХ, которую иногда называют нагрузочной характеристикой. Она показывает семейство точек транзистора,в которых он может работать в данной схеме с заданными EK и RК .60Если, например, уменьшить EK, то выходная ДХ пойдет ниже (линия А1В1 на рисунке 4.2), если увеличить RK, – то пойдет под другимуглом (линия АВ2 на рисунке 4.2). Соответственно меняется и семейство рабочих точек транзистора.4.1.3 Входная динамическая характеристикаВходной ДХ называется зависимость IВХ = f(UВХ) при EK = const иRK = const.

Для схемы по рисунку 4.1 это будет зависимость IБ = f(UЭБ).Она строится по выходной ДХ, выходным и входным СХ.Для ее построения на графике выходной ДХ изображают семейство выходных СХ, то есть зависимости IВЫХ = f(UВЫХ) при IВХ = const(рисунок 4.3, а).aбРисунок 4.3 – Построение входной динамической характеристикиПоследовательность построения рассмотрим на примере переноса рабочей т. а с выходной ДХ (рисунок 4.3, а) на входную ДХ (рисунок 4.3, б).Определяем значение входного тока, который будет соответствовать работе транзистора в т. а.

Для этого на рисунке 4.3, а находимвыходную СХ, которая пересекает выходную ДХ в т. а. Это характеристика, снятая при IВХ = IВХ a. Поэтому величина IВХ, которая будетсоответствовать работе транзистора в т. а, будет равна IВХ a.Определяем значение выходного напряжения, которое будет соответствовать работе транзистора в т. а. Для этого из т. а на рисунке 4.3, а61опускаем перпендикуляр на ось UВЫХ. Откуда находим, что величина UВЫХ , которая будет соответствовать работе транзистора в т.

а,будет равна UВЫХ а .В семействе входных СХ (рисунок 4.3, б) находим характеристику, снятую при UВЫХ = UВЫХ а.На оси IВХ (рисунок 4.3, б) находим точку, соответствующую значению IВХ = IВХ a, и из нее проводим прямую, параллельную оси UВХ.Точка пересечения этой прямой с входной СХ, снятой при UВЫХ == UВЫХ а, и будет являться рабочей т.

а транзистора на входной ДХ.Аналогично на входную ДХ переносятся и остальные (b, c, d, e)рабочие точки транзистора.Таким образом, строится входная ДХ, которая показывает семейство точек работы транзистора в данной схеме.Необходимо отметить, что у многих транзисторов входные СХпроходят очень близко друг от друга. Поэтому в качестве входной ДХтранзистора часто используют одну из его входных СХ.4.1.4 Области работы транзисторов в динамическом режимеПри работе транзистора в динамическом режиме на выходных характеристиках можно выделить три области работы (рисунок 4.4).Рисунок 4.4 – Области работы транзистораI – область отсечки. Характеризуется очень малыми IВЫХ при больших UВЫХ и, следовательно, очень большим (близким к бесконечности) сопротивлением в направлении эмиттер–база–коллектор.

В об62ласти отсечки транзистор считается закрытым, и в схемах его можнозаменить разомкнутым ключом.II – область насыщения. Характеризуется большими IВЫХ при малых UВЫХ и, следовательно, очень малым (близким к нулю) сопротивлением в направлении эмиттер–база–коллектор. В области насыщения транзистор считается открытым, и в схемах его можно заменитьзамкнутым ключом.III – активная область. В этой области IВЫХ и UВЫХ изменяютсяв широких пределах.

Транзистор ведет себя как переменное нелинейное сопротивление, которое может изменяться от небольших дозначительных величин.В областях отсечки и насыщения (I и II) транзистор работаетв устройствах цифровой техники (ЭВМ, автоматика, телемеханика,цифровая связь), в которых он используется как переключатель. Работа транзистора в областях I и II рассмотрена в разделе 5.В активной области (III) транзистор работает в устройствах радио, телевещания, аналоговой связи. В них он используется как усилитель переменных колебаний.4.2 Работа транзистора в активной областив режиме усиления4.2.1 Схема усилителя звуковой частотыСхема усилителя звуковой частоты, в котором транзистор работает в активной области, приведена на рисунке 4.5.Элементы схемы имеют следующее назначение:ВМ – микрофон, преобразующий механические колебания в электрические;СР1 – разделительный конденсатор, разделяющий цепь входныхпеременных колебаний от источника смещения;ЕСМ – источник смещения, включенный в проводящем направлении, смещающий исходную рабочую точку на линейный участоквходной ДХ (на последующих рисунках т.

с);RСМ – резистор, ограничивающий ток смещения до требуемой величины;RК – резистор выходной цепи;СР2 – разделительный конденсатор, препятствующий прохождению постоянного тока iК через динамик;63ВА – динамик, преобразующий электрические колебания в механические.Рисунок 4.5 – Схема усилителя звуковой частотыабРисунок 4.6 – Варианты выполнения выходных цепей усилителейзвуковой частоты64Выходные цепи звуковых усилителей могут быть выполненыи другими способами.

В схеме по рисунку 4.6, а выходное напряжение снимается не между эмиттером и коллектором транзистора (какв схеме по рисунку 4.5), а с резистора выходной цепи RК. В схеме порисунку 4.6, б переменную составляющую выходного сигнала выделяет специальный трансформатор. По его первичной обмотке протекает постоянная и переменная части выходного тока, а во вторичнуюобмотку трансформируется только переменная составляющая.4.2.2 Графическое решение усилительного режимаРаботу схемы по рисунку 4.5 можно рассмотреть, построив диаграммы входных и выходных токов и напряжений, то есть осуществить графическое решение усилительного режима.Для этого необходимо иметь входные и выходные СХ транзистора,который используется в схеме усилителя, знать параметры схемы –величины ЕК, RК, ЕСМ, RСМ и уравнение, по которому изменяетсявходной ток iВХ , который протекает по микрофону ВМ (рисунок 4.5).Входной ток может быть также задан и в виде графика.Допустим, что все это нам известно, а входной ток описываетсяследующим уравнением:iBX = IBX MAX · sinθ,(4.3)где IВХ МАХ – амплитуда входного тока;θ = ωt =314t – текущее время в радианах.Пользуясь этими исходными данными, построим диаграммывходных и выходных токов и напряжений для схемы по рисунку 4.5.Последовательность построения следующая.1.