- •1 Генераторы с внешним возбуждением
- •1.1 Аналитические методы анализа работы генераторов с внешним возбуждением в нелинейном режиме большого сигнала
- •1.1.1 Идеализация статических характеристик транзисторов
- •1.1.2 Динамические характеристики транзисторов
- •Динамические характеристики транзисторов при активном сопротивлении нагрузки
- •Динамические характеристики транзисторов при резонансном сопротивлении нагрузки
- •Классификация режимов транзистора в генераторах с внешним возбуждением
- •1.1.3 Гармонический анализ косинусоидальных импульсов
- •1.1.4 Нагрузочные характеристики генератора с внешним возбуждением
- •1.1.5 Влияние амплитуды возбуждения, питающих напряжении
- •1.1.6 Нелинейная модель биполярного транзистора
- •1.1.7 Формы токов биполярного транзистора с учетом его
- •1.2 Информационные технологии анализа и оптимизации генераторов с внешним возбуждением
- •1.2.1 Модели биполярных и полевых транзисторов
- •Модели биполярных транзисторов
- •Модель Gurnmel-Poon иногда называют зарядовой моделью [1, 12], потому что она описывает ток коллектора как функцию количества заряда в базе.
- •Модели полевых транзисторов
1.1.7 Формы токов биполярного транзистора с учетом его
инерционности при возбуждении от источника напряжения
Рассчитаем временные зависимости токов транзистора [1], принимая, как и ранее, что напряжение на входе является гармоническим
, (1.14)
В соответствии со схемой, приведенной на рис.1.15, для определения формы импульсов токов , необходимо найти зависимость . Составим уравнение для , полагая .
Введем постоянные времени входной цепи открытого и закрытого транзистора
, (1.15)
и параметр .
Угол отсечки называется низкочастотным, так как он определяет отсечку тока коллектора при . Заменив в (1.7) нелинейную зависимость кусочно-линейной (1.8), получим дифференциальное уравнение относительно для открытого и закрытого транзистора
; (1.16)
.
При напряжение на переходе в области отсечки равно входному и транзистор открывается при . В этот момент становится равным и продолжает возрастать. Поэтому вступает в силу первое уравнение (1.16). Его решение при начальном условии имеет вид
, (1.17)
где .
Решение содержит вынужденную (первое слагаемое в фигурных скобках) и свободную (второе слагаемое) составляющие. Амплитуда и фаза вынужденной составляющей определяются модулем и фазой коэффициента передачи напряжения в активной области:
(1.18)
Временные диаграммы напряжения на переходе , его составляющих и токов , , рассчитанные при по (1.9), (1.10), показаны на рис.1.16.
Из рис.1.16, а видно, что транзистор открывается в момент , когда . На низких частотах транзистор закрылся бы при . Однако на высоких частотах импульс напряжения в активной области и повторяющий его форму импульс тока (1.9) имеют затянутый фронт ( при ), что обусловлено процессом заряда диффузионной емкости. Максимумы этих импульсов запаздывают относительно максимума на угол , несколько меньший величины . В результате транзистор запирается позже, при , и импульс тока расширяется.
Базовый ток на рис.1.16,г построен как сумма двух составляющих, одна из которых пропорциональна напряжению , другая - производной от него.
Первая составляющая есть ток через сопротивление , вторая - зарядный ток диффузионной емкости, причем , когда , т. е. емкость разряжается. Это обусловливает отрицательный выброс в токе базы.
Отрицательный выброс наблюдается и в эмиттерном токе, поскольку (рис.1.16,д).
Характерным для рассматриваемых диаграмм является момент, соответствующий углу , когда напряжение на переходе и ток коллектора принимают максимальные значения. Угол определяется из условия . При первое слагаемое в (1.16) пропадает, что позволяет записать
, (1.19)
откуда согласно (1.9) и равенству получим
Рисунок 1.16 – Временные диаграммы напряжения на входе , эмиттерном переходе , токов коллектора , базы и эмиттера при возбуждении биполярного транзистора от генератора напряжения
Зависимости угла запирания , момента максимума от угла отсечки при разных значениях приведены на рис.1.17.
Штрихпунктирными линиями показаны границы перехода транзистора в линейный режим работы (класс А). Как видно, при уменьшении угла отсечки , уменьшаются от своих граничных значений до нуля при .
Рисунок 1.17 – Зависимости угла запирания (сплошные линии),
момента максимума (штриховые линии) от угла отсечки