2. Методические указания по выполнению

расчетно-графической работы

Ниже приведены рекомендации по выполнению всех этапов РГР.

2.1 Выбор параметров усилительного каскада

Каждый студент получает свой вариант РГР в соответствии с таблицей вариантов (приложение А) и заносит необходимые данные в п. 2 “Заданные параметры” задания на РГР (приложение Б). Тип транзистора выбирается из набора, представленного в правом углу соответствующей выходной статической характеристики (приложение В), с учетом заданного значения ЭДС источника питания и предельного значения напряжения U_КЭ, приведенного в разделе “Предельные параметры” (приложение Г).

2.2 Построение входной и выходной статических характеристик

транзистора

Н а миллиметровку, или лист формата А4, в соответствии с номером варианта переносятся из приложения В графики входной и выходной статических характеристик. В принципе их расположение может быть произвольным, однако для большей наглядности графики желательно сгруппировать, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1 – Определение масштаба для построения входной

и выходной статических характеристик

Масштаб графиков должен быть выбран наибольшим c учетом того, что он зависит от заданных значений параметров и реального расположения нагрузочной прямой на семействе выходных статических характеристик. Для этого нагрузочную прямую для постоянного тока предварительно строят на исходной характеристике (“Статические характеристики” – приложение В) и затем полученные параметры прямой (I_{К max} и U_КЭ=Е_К) переносят с максимальным увеличением на основной график (рисунок 1).

Семейство выходных статических характеристик I_К = f (U_КЭ) при I_Б = const в выбранном масштабе строится в правом верхнем квадранте графика (рисунок 2). Сбоку каждой кривой этого семейства указывается значение тока базы I_Б, при котором эта характеристика была определена. Значения токов базы рассчитываются следующим образом: самая нижняя характеристика семейства соответствует I_Б1 = 0, следующая характеристика снята при токе базы I_Б2 = I_Б1 +I_Б , далее – при токе базы I_Б3 = I_Б2 +I_Б и т.д.. Значение I_Б приведено на графиках выходных статических характеристик соответствующего варианта (приложение В).

Входная статическая характеристика I_Б = f (U_БЭ) при U_КЭ = const в выбранном масштабе строится в левом нижнем квадранте графика (рисунок 2). Около каждой оси графика необходимо указать наименование параметра и его размерность¹.

3. Построение нагрузочной прямой для режима постоянного тока

в цепи коллектора

На построении нагрузочной прямой следует остановиться особо.

Как известно, нагрузочная прямая представляет собой траекторию движения рабочей точки транзистора при изменении уровня входного сигнала. В основе построения нагрузочной прямой лежит решение уравнения динамического режима транзистора (см. ниже) относительно тока коллектора. Наличие в схеме цепи температурной стабилизации (R_Э, С_Э) определяет различие работы усилительного каскада в режимах постоянного тока (при U_ВХ = 0) и усиления входного сигнала (когда U_ВХ 0), при этом каждый из указанных режимов характеризуется своей нагрузочной прямой.

На начальном этапе выполнения РГР строится нагрузочная прямая для режима постоянного тока в цепи коллектора.

На семейство выходных статических характеристик наносится нагрузочная прямая для режима постоянного тока в цепи коллектора. При этом нужно учесть, что в эмиттерной цепи (см. схему в задании на РГР – приложение Б) имеется резистор температурной стабилизации R_Э, который совместно с резистором R_К определяет режим работы транзистора по постоянному току. Следовательно, при отсутствии входного сигнала, т.е. переменного напряжения U_ВХ заданной частоты, в коллекторной цепи будет протекать только постоянный ток коллектора I_К и установится баланс напряжений, определяемый законом Кирхгофа:

Е_К = U_Rк + U_КЭ + U_Rэ = I_КR_К + U_КЭ + I_ЭR_Э (1)

Отсюда напряжение, снимаемое с коллектора транзистора (выходное для него), U_КЭ определяется выражением:

U_КЭ = Е_К – U_Rк – U_Rэ = Е_К – I_КR_К – I_ЭR_Э (2)

Для упрощения рассуждений пренебрежем известным соотношением I_Э= I_К + I_Б > I_К, и поскольку ток базы I_Б << I_К, примем I_К  I_Э. Тогда выражение (2) примет вид:

U_КЭ = Е_К – U_Rк – U_Rэ = Е_К – I_КR_К – I_КR_Э = Е_К – I_К(R_К + R_Э) (3)

Выражение (3) называется уравнением динамического режима работы транзистора, показывающее, что напряжение на выходе транзистора U_КЭ изменяется при любых изменениях тока коллектора I_К.

Разрешив уравнение (3) относительно тока I_К, получим:

(4)

Уравнение (4) позволяет построить нагрузочную прямую транзистора по постоянному току. Приравнивая нулю значения U_КЭ (транзистор открыт) и I_К (транзистор закрыт), получаем на осях координат точки, соответственно, предельных значений I_К = Е_К / (R_К+R_Э) для открытого транзистора (точка А) и U_КЭ = Е_К для закрытого (точка В), соединив которые получаем искомую нагрузочную прямую АВ для режима постоянного тока в цепи коллектора (рисунок 2).

Примечание: Следует иметь в виду, что эти точки  теоретические, поскольку транзистор, например, в принципе не может быть открыт до уровня нулевого сопротивления перехода коллектор  эмиттер, которое при этом мало, но R_КЭ  0, поэтому не может быть и U_КЭ = I_К  R_КЭ равным нулю. Это же можно сказать и о закрытом состоянии транзистора, для которого ток коллектора очень мал, но I_К  0. Фактически эти точки лежат за пределами рабочей области характеристик транзистора, но однозначно определяют положение нагрузочной прямой.