3.10. Розрахунок електричних ланцюгів з біполярними транзисторами

Для колекторного ланцюга підсилювального каскаду (рис. 3.7) відповідно до другого закону Кирхгофа справедливе рівняння (3.10).

Вольт – амперна характеристика колекторного резистора R_К є лінійною, а вольт – амперними характеристиками транзистора є нелінійні колекторні характеристики транзистора (рис. 3.5, а), включеного по схемі ЗЕ.

Розрахунок такого нелінійного ланцюга, тобто визначення I_K, U_Rк і U_КЭ для різних значень струмів бази I_Б і опорів резистора R_К можна провести графічно. Для цього на сімействі колекторних характеристик (рис. 2.5, а) необхідно провести з крапки Е_К на осі абсцис вольт – амперну характеристику резистора R_К, що задовольняє рівнянню:

Uкэ = Ек - R_кI_к. (3.11)

Цю характеристику будують по двох крапках: Uкэ = Ек при Iк = 0 на осі абсцис і Iк = Ек/Rк при Uкэ = 0 на осі ординат. Побудовану таким чином ВАХ колекторного резистора Rк називають лінією навантаження. Точки перетину її з колекторними характеристиками дають графічне вирішення рівняння (2.11) для даного опору Rк і різних значень струму бази I_Б. По цих крапках можна визначити колекторний струм Iк, однаковий для транзистора і резистора Rк, а також напругу U_КЭ і U_Rк.

Точка перетину лінії навантаження з однією із статичних ВАХ називається робочою точкою транзистора. Змінюючи I_Б, можна переміщати її по прямій навантаження. Початкове положення цієї крапки за відсутності вхідного змінного сигналу називають точкою спокою - Т₀.

а) б)

Рис.3.8 Графоаналітичний розрахунок робочого режиму транзистора за допомогою вихідних і вхідної характеристики.

Точка спокою (робоча точка) Т₀ визначає струм I_КП і напруга U_КЭп в режимі спокою. По цих значеннях можна знайти потужність Р_КП, що виділяється в транзисторі в режимі спокою, яка не повинна перевищувати граничної потужності Р_{К мах}, що є одним з параметрів транзистора:

Р_КП = I_КП  U_КЭп  Р_{К мах}. (3.12)

У довідниках зазвичай не приводиться сімейство вхідних характеристик, а даються лише характеристики для U_КЭ = 0 і для деякого U_КЭ  0.

Вхідні характеристики для різних U_КЭ, 1В, що перевищують, розташовуються дуже близько один до одного. Тому розрахунок вхідних струмів і напруги можна приблизно робити по вхідній характеристиці при U_КЭ  0, узятою з довідника.

На цю криву переносяться крапки А, Т₀ і Б вихідної робочої характеристики, і виходять точки А₁, Т₁ і Б₁ (рис. 3.8, б). Робоча точка Т₁ визначає постійну напругу бази U_БЭп і постійною струм бази I_Бп.

Опір резистора R_Б (забезпечує роботу транзистора в режимі спокою), через який від джерела Е_К подаватиметься постійна напруга на базу:

(3.13)

У активному (підсилювальному) режимі точка спокою транзистора Т₀ знаходиться приблизно посередині ділянки лінії навантаження АБ, а робоча точка не виходить за межі ділянки АБ.