Контрольные вопросы и задания

1.Определите коллекторный ток транзистора (рис.4.11) при отсутствии входного сигнала (I_KO), если Е_П=9 В, R_Б=10 кОм, U_БЭо=0.66 В. Коэффициент усиления по току h_21Э=60. Обратный ток транзистора не учитывать.

2.Определите напряжение U_Бэо и ток I_Бо транзистора (рис.4.11) при отсутствии входного сигнала, если Е_П=12 В, R_Б=40 кОм, I_КО=5.6 мА, коэффициент усиления по току h_21Э=20.

3.Определите величину Е_П в схеме (рис.4.11), если U_KO=20 B, I_KO=100 мА, R_K=100 Ом.

4.Определите напряжение на выходе эмиттерного повторителя (рис.4.12), если U_BX=0, падение напряжения на резисторе R=100 кОм равно 5 В, h_21Э=60, R_Э=1 кОм.

5.Докажите, что фаза выходного сигнала в схеме с ОК совпадает с фазой входного сигнала.

6.Амплитуда сигнала на выходе эмиттерного повторителя 4В (рис.4.12) . Падение напряжения на эмиттерном переходе транзистора 0.8 В. Определите амплитуду входного напряжения и К_U.

7.Докажите, что фаза выходного сигнала в схеме с ОБ совпадает с фазой входного сигнала.

Рис.4.11.Схема с ОЭ Рис.4.12.Схема с ОК

Лабораторная работа №5 исследование параметров рабочей точки биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером

Цель работы: исследование параметров рабочей точки биполярного транзистора (БТ) и условий для перевода БТ в режим насыщения и отсечки.

Краткие теоретические сведения

Задание тока базы с помощью резистора

Схема транзисторного каскада с общим эмиттером представлена на рис. 5.1. Режим, в котором работает каскад, можно определить, построив его нагрузочную линию на выходной характеристике БТ. Данный способ позволяет описать поведение транзистора в режиме насыщения, усиления и отсечки.

Режим насыщения. В этом режиме ток коллектора максимален и не управляется током базы:

_DCI_б>I_кI_KH (5.1)

где I_KH – ток коллектора насыщения, определяется сопротивлением R_к в цепи коллектора и напряжением источника питания Е_к:

I_KHE_K/R_K. (5.2)

Этот режим характеризуется низким падением напряжения коллектор – эмиттер (порядка 0.1 В). Для перевода транзистора в этот режим необходимо в базу БТ подать ток, больший чем ток насыщения базы I_бн:

I_бн= I_KH /_DC. (5.3)

Рис. 5.1	Рис. 5.2

Ток насыщения базы задается с помощью резистора R_бн с сопротивлением, равным:

, (5.4)

где U_бэ0 – пороговое напряжение перехода база-эмиттер.

Для кремниевых транзисторов U_бэ0 ≈ 0.7 В.

В режиме усиления ток коллектора меньше тока I_кн и описывается уравнением нагрузочной прямой:

. U_КЭ = Е_К - I_КR_К (отсюда ) (5.5)

Рабочая точка в статическом режиме задается током базы и напряжением на коллекторе. Она определяется точкой пересечения нагрузочной прямой и выходной характеристики БТ. Ток базы транзистора определяется как ток через сопротивление в цепи базы R_б (см. рис. 5.1):

. (5.6)

Ток коллектора вычисляется по формуле:

I_к = _DCI_б. (5.7)

Напряжение коллектор-эмиттер определяется из уравнения нагрузочной прямой:

U_кэ=Е_к – I_кR_к. (5.8)

В режиме отсечки ток коллектора равен нулю и не создает на резисторе R_к падения напряжения. Следовательно, напряжение U_кэ максимально и равно напряжению источника питания Е_к. Ток коллектора с учетом тепловых токов определяется из следующего выражения:

I_к = I_кэ0 +_DC I_б =(_DC +1)I_кб0+_DC I_б +_DC (I_кб0 +I_б ), (5.9)

где I_кэ0, I_кб0 – обратные токи переходов коллектор-эмиттер и коллектор-база соответственно. Коэффициент нестабильности тока коллектора (S) из-за влияния тепловых токов в схеме определяется как:

. (5.10)

Как следует из этого выражения, при рассматриваемом способе задания тока базы коэффициент нестабильности зависит от статического коэффициента передачи, который для транзисторов одного и того же типа может сильно различаться.

Задание тока базы с помощью делителя напряжения

Схема задания тока базы БТ с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером представлена на рис.5.2. Аналогично п.1 рассмотрим режимы насыщения, усиления и отсечки.

Режим насыщения. Ток коллектора в режиме насыщения:

I_KHE_K/ (R_K+R_э). (5.11)

Независимо от сопротивления резисторов R₁ и R₂ делителя напряжения ток насыщения базы определяется из выражения:

I_бн= I_KH /_DC, (5.12)

а напряжение на базе

. (5.13)

Это же напряжение задается делителем напряжения. Зная Е_к и U_б, можно определить отношение сопротивлений плеч делителя:

. (5.14)

Суммарное сопротивление делителя обычно выбирается так, чтобы ток, протекающий через него, был примерно в 10 раз меньше тока коллектора. Составив систему уравнений и решив ее, можно найти сопротивления R₁ и R₂ плеч делителя, которые обеспечивают ток базы, необходимый для перевода транзистора в режим насыщения.

Режим усиления. Ток коллектора в усилительном режиме описывается уравнением нагрузочной прямой:

, (15)

где U_э = I_эR_э, I_э — ток эмиттера.

Ток базы определяется из выражения:

I_б= I_K /_DC. (16)

Ток коллектора связан с током эмиттера следующим выражением:

I_к =I_э – I_б . (17)

Напряжение на базе транзистора равно:

U_б = I_э R_э + U_бэ0. (18)

Далее рассчитываются сопротивления R₁ и R₂ делителя напряжения. Суммарное сопротивление делителя должно обеспечивать больший по сравнению с током базы ток делителя (обычно ток делителя берут в 10 раз меньше тока коллектора).

Рабочая точка определяется пересечением нагрузочной прямой и выходной характеристики транзистора. При известных значениях сопротивлений R₁ и R₂ ток базы транзистора

, (19)

где U_б – напряжение на базе транзистора. Если _DC R_э>>R₂, то:

, (20)

. (21)

Ток эмиттера определяется по падению напряжения на сопротивлении R_э в цепи эмиттера:

. (22)

Значение напряжения U_кэ вычисляется по закону Кирхгофа:

U_кэ=Е_к – I_кR_к – I_э R_э. (23)

Коэффициент нестабильности тока коллектора (S) из-за влияния тепловых токов в схеме при условии, что U_э > U_бэ0 определяется как:

. (24)

Как следует из этого выражения, при данном способе задания тока базы коэффициент нестабильности определяется элементами схемы и практически не зависит от характеристик транзистора, что улучшает стабильность рабочей точки.

Задание тока базы с помощью резистора в цепи база-коллектор

Схема задания тока базы с помощью резистора в цепи база-коллектор в каскаде с общим эмиттером представлена на рис.5.3.

Ток коллектора в усилительном режиме описывается уравнением:

. (33)

Рабочая точка определяется точкой пересечения нагрузочной прямой и выходной характеристики транзистора. Ток базы определяется из выражения:

. (34)

Рис.5.3

Как видно из выражения, ток базы зависит от напряжения коллектор-эмиттер, что делает схему менее чувствительной к разбросу значений статического коэффициента передачи устанавливаемых в нее транзисторов.

Ток коллектора в схеме определяется по формуле:

. (35)

Значение напряжения коллектор-эмиттер:

U_кэ=Е_к – I_кR_к. (36)

Статический коэффициент передачи тока:

_DC=I_к / I_б. (37)

Коэффициент нестабильности тока коллектора (S) из-за влияния тепловых токов в схеме с резистором в цепи база-коллектор:

. (38)

Как следует из выражения, коэффициент нестабильности этой схемы несколько выше, чем у схем с сопротивлением R_э в цепи эмиттера.