Краткие лекции по ЭиМ (1166441), страница 17
Текст из файла (страница 17)
3.22).При изменении величины входного сигнала будетизменяться ток базы Iб. Ток коллектора Iк изменяетсяпропорционально току базы:Iк=βIб. (3.40)Изменение тока коллектора можно проследитьпо выходным характеристикам транзистора (рис.3.23). На оси абсцисс отложим отрезок, равный Eк напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординатотложим отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепиэтого источника:Iк max =кк.
(3.41)Между этими точками проведем прямую линию, которая называетсялинией нагрузки и описывается уравнением:Iк=к −кэк, (3.42)Где Uкэ - напряжение между коллектором и эмиттером транзистора;Rк - сопротивление нагрузки в коллекторной цепи. Из (3.42) следует, чтоRк =кк = tgα . (3.43)ОглавлениеИ, следовательно, наклон линиинагрузки определяется сопротивлениемRк. Из рис. 3.23 следует, что в зависимостиот тока базы Iб, протекающего во входнойцепитранзистора,транзистора,рабочаяточкаопределяющаяегоколлекторный ток и напряжение Uкэ,будет перемещаться вдоль линии нагрузкиот самого нижнего положения (точки 1, определяемой пересечением линиинагрузки с выходной характеристикой при Iб = 0), до точки 2, определяемойпересечением линии нагрузки с начальным крутовозрастающим участкомвыходных характеристик.Зона, расположенная между осью абсцисс и начальной выходнойхарактеристикой, соответствующей Iб=0, называется зоной отсечки ихарактеризуется тем, что оба перехода транзистора - эмиттерный иколлекторный смещены в обратном направлении.
Коллекторный ток приэтом представляет собой обратный ток коллекторного перехода – Iк0 ,который очень мал и поэтому почти все напряжение источника питания Eкпадает между эмиттером и коллектором закрытого транзистора:Uкэ1 ≈ Eк.А падение напряжения на нагрузке URк очень мало и равно:URк =Iк0Rк.(3.44)Говорят, что в этом случае транзистор работает в режиме отсечки.Поскольку в этом режиме ток, протекающий по нагрузке исчезающе мал, апочти все напряжение источника питания приложено к закрытомутранзистору, то в этом режиме транзистор можно представить в видеразомкнутого ключа.Если теперь увеличивать базовый ток Iб, то рабочая точка будетперемещаться вдоль линии нагрузки, пока не достигнет точки 2.
Базовыйток, соответствующий характеристике, проходящей через точку 2,называется током базы насыщения Iб нас. Здесь транзистор входит в режимнасыщения и дальнейшее увеличение базового тока не приведет кувеличению коллекторного тока Iк. Зона между осью ординат и крутоизменяющимся участком выходных характеристик называется зонойнасыщения. В этом случае оба перехода транзистора смещены в прямомнаправлении; ток коллектора достигает максимального значения и почтиравен максимальному току источника коллекторного питания:Iк max ≈Iк нас2 , (3.45)а напряжение между коллектором и эмиттером открытого транзистораUкэ0 оказывается очень маленьким.
Поэтому в режиме насыщениятранзистор можно представить в виде замкнутого ключа.Промежуточное положение рабочей точки между зоной отсечки изоной насыщения определяет работу транзистора в режиме усиления, аобласть, где она находится, называется активной областью. При работе вэтой области эмиттерный переход смещен в прямом направлении, аколлекторный - в обратном.Предельные режимы работы транзистораОглавлениеВ паспортных данных каждого транзистора указывается егопредельно допустимая мощность рассеивания, превышение которойнедопустимо, так как ведет к тепловому разрушению полупроводниковойструктуры.
Возьмем это значение мощности Pк доп , и учитывая, что оноравно:Pк доп =Uкэ Iк доп . (3.46)Будем задавать дискретные значения напряжения Uкэ : Uкэ1, Uкэ2. ит.д., и для каждого этого значения напряжения вычислим предельнодопустимое значение коллекторного тока Iк доп :Iк доп1 =к допкэ1, Iк доп2 =к допкэ1, и т.д.Отложим эти значения напряжений и токов в осях координат (рис.3.24) и построим по полученным точкам кривую, называемую гиперболойдопустимых мощностей.Эта кривая делит всю площадь первого квадранта семействавыходных характеристик на рабочую и нерабочую области. Если теперьсовместить эту кривую с выходными характеристиками транзистора, тоочевидно, что линия нагрузки не должна выходить за пределы рабочейобласти, чтобы не вывести транзистор из строя.На рис.
3.24 заштрихована рабочая область семейства выходныххарактеристик транзистора для схемы с общим эмиттером.Расчёт рабочего режима транзистораКак уже было отмечено выше, в подавляющем большинстве случаевтранзистор усиливает сигналы переменного тока, т. е. на вход транзистораподается чаще всего знакопеременный сигнал.
Но поскольку эмиттерный рп-переход обладает вентильными свойствами, то через него пройдет толькоположительная полуволна входного сигнала, а отрицательная полуволнабудет им срезана и, следовательно, усиливаться не будет. Для того чтобыэтого не было, чтобы усилить весь сигнал, во входную цепь транзисторавводят так называемое смещение.Смысл смещения ясен изрис.3.25.ЗнакопеременныйвходнойсигналнакладываетсянаUвхпостоянноенапряжение смещения Eсм такимобразом,чтонапряжениерезультирующееUбэостаетсяоднополярным, и следовательноможет быть усилено транзистором. Поэтому принципиальная схемаусилительного каскада в этом случае выглядит так, как представлено на рис.3.26, а.Источник напряжения смещения создает во входной цепи транзисторапостоянный по величине ток смещения Iсм. Для того чтобы исключитьвлияние источника Eсм на источник входного сигнала в цепь вводитсяразделительный конденсатор C1, который пропускает переменный входнойсигнал, но создает развязку по постоянной составляющей.
Для такой жецели служит выходной разделительный конденсатор C2, которыйпропускает переменную составляющую выходного напряжения и непропускает его постоянную составляющую. Смещение может вводиться какпри помощи отдельного источника Есм (рис. 3.26, а), так и с использованиемдля этой цели источника коллекторного питания Ек. Это можно сделать припомощи делителя напряжения R1 и R2 (рис. 3.26, б). Ток Iд, протекающийпо делителю напряжения R1 - R2 под действием источника питания Ек ,создает на резисторе R2 падение напряженияUR2=IдR2, (3.47)которое должно быть равно требуемой величине напряжениясмещения Есм .При расчете делителя ток Iд выбирают в несколько раз больше токасмещения:I д 3 5 I c м(3.48)ОглавлениеИзбыточное напряжение источника питания падает на резисторе RI:IдR1 = Eк –Ur2. (3.49)Такойспособфиксированнымвведениянапряжением.смещенияДругойназываетсяспособвведениясмещениесмещениязаключается в использовании балластного резистора Rб в базовой цепитранзистора (рис.
3.26, в). В этом случае ток, протекающий по цепи +ЕК,эмиттер - база транзистора, Rб . -Ек должен быть равен току смещения:см =к − бэб(3.50)Отсюда величина Rб должна быть равнаб =к −бэсм. (3.51)Такой способ называется смещение фиксированным током.Динамические характеристики транзистораХарактеристики транзистора, когда в его выходную цепь включаютразличныевидынагрузок,называютдинамическими,арежимы,усилительногокаскада,возникающие при этом, - динамическими режимами.Рассмотримработутранзисторноговключенного по схеме с общим эмиттером (рис.
3.27). Если входной сигналотсутствует (uвх = 0), линия нагрузки может быть построена описаннымранее методом по двум точкам: Ек на оси абсцисс и к =ккна осиординат.Длятого,чтобыискаженияусиливаемогосигналабылиминимальными, смещение надо выбрать так, чтобы начальная рабочаяточка (при отсутствии входного сигнала) располагалась в серединелинейного участка входной характеристики (точка А на рис. 3.28, б).
Тогдапри изменении входного сигнала напряжение Uбэ будет изменяться навеличину Uбэ max от начального значения Uбэ0 вызывая изменениебазового на величину б от начального значения Iб0 (рис. 3.28, б).Коллекторный ток при этом будет изменяться относительно начальногоколлекторного тока Ikq (рис. 3.28, б), соответствующего базовому току Iсм,в сторону увеличения и в сторону уменьшения на величину амплитудыпеременной составляющей Iк max . Выходное напряжение uвых при этомбудет тоже изменяться от начального значения Uкэ0 большую и в меньшуюОглавлениесторону на величину амплитуды своей переменной составляющей Uкэ max.Отметим, что в рассматриваемой схеме увеличению входного сигналасоответствует увеличение базового тока, а следовательно, и коллекторноготока, а выходное напряжение uвых при этом уменьшается.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
