И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 29
Текст из файла (страница 29)
' Мощностью на питание цепи базы пренебрегаем, так как она очень мала. Для схемы ОЭ обычно Р„к < 1",»к. Следовательно, Л1„о < 0 и 1„,р < 1»о Изменение постоянной составляющей тока коллектора при переходе от режима покоя к режиму усиления является признаком нелинейных искажений. Когда миллиамперметр, измеряющий этот ток, показывает одно и то же значение при отсутствии и при наличии колебаний на входе, то, следовательно, искажений нет. Принципы графических построений для усиления с небольшими искажениями остаются в силе и для многих других режимов, с иным положением рабочей точки. Некоторые изменения в построениях будут для трансформаторного включения нагрузки и каскадов с нагрузкой в виде резонансного колебательного контура (см.
рис. 4.16, 4.17). Для подобных схем иначе строится линия нагрузки. Это объясняется тем, что резонансный контур или нагруженный трансформатор имеет различноесопротивлениепостояиной и переменной составляющей коллектарного тока. Катушка контура или первичная обмотка трансформатора для постоянного така представляет сравнительно малое сопротивление. Можно пренебречь лотерей части постоянного питающего напряжения на этом сопротивлении и считать приближенно, что постоянное коллекторное напряжение (7,.,о равно напряжению источника: (!к,о ж Ег. Для переменной составляющей коллекторного тока сопротивление резонансного контура велико — тысячи и десятки тысяч ом.
Таким же может быть сопротивление переменному току со стороны первичной обмотки нагруженного трансформатора. Следовательно, по постоянному току транзистор работает в режиме без нагрузки, а по переменному току — в режиме нагрузки. Основное уравнение рабочего режима (6.17) Теперь надо писать иначе: и -э Ег ~-~1»1(» (6.29) Вместо тока 2„следует учитывать его приращение г)э(„, т. е. переменную составляющую тока, поскольку только для нее существует нагрузочное сопротивление А„.
Под Ж, здесь следует понимать изменение тока с достаточно большой частотой, например с резонансной частотой контура, так как только на этой частоте контур обладает болъшим и чисто активным сопротивлением. Для построения линии нагрузки в уравнении (6.29) положим о(„= О, и тогда и„, = Ед. Этому случаю соответствует рабочая точка Т (рис. 6.2), определяющая режим покоя. Чтобы нанести ее Ея и Рис. 6.2.
Построение рабочей характеристики (линни нагрузки) для трансформаторного нлв резонансного усилительного каскада на график, надо знать егце постоянный ток базы 1ел. Точка Т определяет ток покоя 1нь Вторую точку линии нагрузки найдем, положив и„,= О. Тогда Ж„= = Ез(й„ и на оси ординат получается точка Ж, которая нужна лишь для построения.
Она (и ряд точек около нее) не соответствует реальному режиму, так как при или= О в транзисторе не может быть наибольшего коллекторного тока. Через точки Т и Х проводим прямую, которая является 'линией нагрузки. С целью сравнения доказана штрихами линия нагрузки для резисторного каскада с таким же сопротивлением Яч, т. е. когда Рм одинаково для постоянного и переменного тока.
Эта характеристика сдвинута вниз на значение, равное току покоя 1„о. Особенности линии нагрузки трансформаторного или резонансного каскада сводятся к следующему. Рабочей точке соответствует напряжение Ез, а не ЕГ -ж= Ез — 1«ойч При построении 'линии 94 нагрузки резисторного каскада на оси тока от начала координат откладывался отрезок Ез)Я„, а в данном случае такой отрезок откладывается от уровня тока 1нь т.
е. характеристика проходит выше. Интересно, что при отрицательной полуволне тока, когда коллекторный ток уменьшается (Ж„< О и („< 1„4), напряжение коллектора становится больше Е,. Весь участок ТМ рабочей характеристики соответствует коллекторным напряжениям, превышающим напряжение источника. Это странное, на первый взгляд, явление объясняется наличием в коллекторной цепи накопителей энергии— индуктивности первичной обмотки трансформатора или индуктивности и емкости колебательного контура. Действительно, если Ь(„ > О, ток возрастает и происходит накопление энергии в магнитном поле катушки.
Приращение тока имеет такой же знак, как и сам ток, падение напряжения на Е„вгячнтается из Е, и напряжение коллектора понижается, В данном случае возникающая в катушке контура или обмотке трансформатора ЭДС самоиндукции направлена навстречу току и противодействует его нарастанию. Она направлена также навстречу ЭДС источника Е„ и напряжение коллектора становится меньше Еь При уменьшении тока происходит обратное явление. Электродвижущая сила самоиндукции меняет знак и поддерживает ток. Она складывается с ЭДС источника Е„ и напряжение коллектора возрастает. Иначе говоря, падение напряжения на Я„ меняет знак и не вычитается из Е,, а складывается с ним.
Это же следует из уравнения (6.29). Когда Ж„<0, значение 1з(„йч прибавляется к Ез. При Ж, = — 1,9 получается максимальное напряжение и„, „.„= Ея' Р + 1„4К„, соответствующее точке М. Таким образом, в трансформаторном или резонансном усилительном каскаде мгновенное напряжение коллектора может быть значительно выше Е,. В остальном графические построения и вычисления для режима усиления делаются прежним порядком— по рис. 6.1 и приведенным выше формулам.
Пример. Найдем значения основных величин, характеризуюшие работу каскада с транзистором, по числовым значениям, приведенным на рис. 6.1. Будем рассматривать случай, когда источник усиливаемых колебаний работает как генератор тока. Линия нагрузки построена по значениям Ез = 10 В и Е« = =2 кОм. При этих данных получается Ез/Е„= 10:2 = 5 мА.
Рабочий участок АБ соответствует значениям 21 в = =80 мкА, 21 „=4,5 мА и 2(/„„,= = 9 В. Отсюда находим ! о = 40 мкА, 1 „=2,25 мА, (1 „,=4,5 В и Р,„„= 0,51„«(/ „., = 0,5- 2,25 4,5 в 5 мВт. Рабочая точка Т определяет значения 1оо — — 40 мкА, 1„о = 2,5 мА и (1„.,о = 5 В. Мощность, выделяющаяся в транзисторе, Р о = 1«о(7«-эо = 2.5 5 = 12,5 мВт. По точкам А,, Б, и Т, входной характеристики находим 2(1 о., 150 мВ, т. е. (/,„ь, = 75 мВ и (1о.,о = 225 мВ, Теперь можно рассчитать входную мощность и входное сопротивление: Рээ = 0,51«о()~оэ = 0 5 40 10 о.75 = = 1,'5 10 з мВт; Еэ«(7«эг„э/1«эо = 75' 10 /40= 1875 Ом.
Коэффициенты усиления йэ 1 /1~ о 2 25 10з/40 56 /«. = (/ „,/(/„,о., = 4,5 10з/75 = 60; /с = /Сс« = 56 60= 3360 или lсэ = Р,„„/Р,„= 5 10з/1,5 «е 3330. Небольшое расхождение есть результат неточности графических расчетов. Мощность, расходуемая источником Е,, Ро = Е,1,о= 10 25 = 25 мВт, а КПД э) = Р,„„/Ро = 5/25 = 0,2 = 20%. Конечно, в таком маломощном каскаде КПД не играет роли, но его вычисление приведено в качестве примера. Если постоянное напряжение на базу подается от источника Е, через понижающий (гасяший) резистор Ео, то его сопротивление определится по закону Ома: Ео = (Ез — (/о-эо)/1оо = (10 — 0,225)/(40 х х 10 о) 0,25 10о Ом = 250 кОм. Рассмотренное построение рабочих характеристик и расчеты с их помощью бк пэак Рис.
6.3. Области допустимых режимов ра- боты транзистора могут быть сделаны аналогично и для схем ОБ. При всех расчетах рабочего режима транзисторов следует помнить, что выходная мощность ограничивается рядом факторов. Нельзя превышать предельные значения тока коллектора, напряжения (/„., или (/„.о и мощности, выделяющейся в транзисторе, На рис. 6.3 заштрихована рабочая область семейства выходных характеристик транзистора для схемы ОЭ.
Снизу эта область ограничена током („.„(при (о -— О). Если требуется усиление с малыми нелинейными искажениями, то рабочую область следует ограничить также слева (см. штриховую линию), т. е. исключить нелинейные участки характеристик. Надо помнить, что при повышении температуры окружающей среды и соответственно корпуса транзистора мошность Р„,„должна, быть снижена.
6.2. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ Транзисторы, работаюшие в аппаратуре, нагреваются от окружающей среды, от внешних источников теплоты, например от расположенных рядом нагретых деталей, и от токов, протекающих через сам транзистор. Изменение температуры оказывает значительное влияние на работу полупроводниковых приборов. При повышении температуры увеличивается проводимость полупроводников и токи в них возрастают. В 9 3.3 было показано, что особенно сильно растет с повышением температуры обратный ток и — р-перехода.
У транзисторов таким током является начальный ток коллектора. Возрастание этого тока приводит к изменению характеристик транзистора. Это удобно проследить на выходных характеристиках, изображенных для схем ОБ и ОЭ иа рис. 6.4. при включении по схеме ОБ характеристики незначительно поднялись. Показанная на том же рисунке рабочая точка Т немного переместилась и заняла положение Т„ а новый рабочий участок А,Б, мало отличается от участка АБ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
