4. Работа транзистора с нагрузкой

Цель: научиться производить графический и аналитический расчеты рабочего режима транзистора; изучить влияние температуры на рабочий режим транзистора.

1. Примеры решения задач

Задача 4.1.В схеме (рис. 4.1) используется транзистор симкА.

Известно, что В,кОм,кОм. Определить входное сопротивление схемы.

Решение.Входное сопротивлениесхемы с учетом диф ференциальных сопротивленийинаходим:, а. Следовательно,

.

На практике и, поэтому приближенно можно считатькОм.

Примечание. В дальнейшем при решении задач дифференциальными сопротивленшiми переходов ,, пренебрегаем.

Залача 4.2.В схеме (рис. 4.2) используется транзистор симкА.

Известно, что В,мАВ. Определитьидля активного режима работы транзистора.

Решение.Дана схема с фиксированным током базы. для определенияизапишем уравнения Кирхгофа для входной и выходной цепей.

для входной цепи:

для выходной цепи:

Для активного режима эмиттерный переход транзистора открыт, поэтому В. ПримемВ. Из уравнения для выходной цепи для указанной рабочей точки транзисторамА иВ. Определим

кОм.

Так как найдем ток базы:

мА.

Из уравнения для входной цепи находим значение сопротивления Н

МОм.

Задача 4.3.У некоторого полевого транзистора с управляющим р-n-переходоммА,В. Определить:

а) какой ток будет протекать при обратном напряжении смещения затвор-исток, равном 2 В;

б) чему равна крутизна и максимальная крутизна в этом случае.

Решение

а) ток стока найдем из выражения:

мА;

б) крутизна полевого транзистора:

мА/В.

Максимальная крутизна:

мА/В.

Задача 4.4.Построить нагрузочные прямые постоянного и переменного токов для резисторного каскада с полевым транзистором (рис. 4.3), если дано:В,, кОм,кОм. Выходные характеристики полевого транзистора показаны на рис. 4.4.

Решение.Постоянная составляющая тока стока здесь течет через резисторпоэтому со противление нагрузки цепи стока постоянному токут.е. составляет 2,7кОм. Уравнение нагрузочной прямой по постоянному току имеет вид

.

Строим на характеристике (рис 4.4) нагрузочную прямую.

Полагая (режим отсечки транзистора), найдем первую точку линии нагрузки.

При (режим насыщения транзистора) найдем вторую точку линии нагрузки:

мА

Отложив на горизонтальной оси семейства выходных характеристик примененного в каскаде транзистора (рис. 4.4) точку В, а на вертикальной оси точкумА и соеденив эти точки прямой, получим нагрузочную прямую постоянного тока (прямая АБ).

Так как напряжение смещения на затворе В точка пересечения прямой АБ и статической характеристики дляВ будет точкой покоя (точка 0)с током покоя стокамА и напряжением покояВ.

Для построения нагрузочной прямой переменного тока найдем сопротивление выходной цепи переменному току . Переменная составляющая тока стока здесь имеет два пути – через резистори источник питания и через цепьРазделительный конденсатор С берут настолько большой емкости, что его сопротивление для частот сигнала ничтожно иможно считать равным параллельному соединениюи:

Ом

Поэтому нагрузочная прямая переменного тока прямая (ОД) прийдет через точку покоя 0 и через точку Д на горизонтальной оси с абсциссой В

Следовательно у резисторного каскада сопротивление нагрузки выходной цепи переменному току меньше, чем постоянному и нагрузочная прямая постоянного тока проходит через точку покоя более полого чем нагрузочная прямая переменного тока.

Задача 4.5.Транзистор работает в схеме (рис. 4.5). Пользуясь его выходными характеристиками (рис. 4.6), графически определить рабочую точку приВ икОм,кОм.

Решение.Уравнение нагрузочной прямой для этой схемы имеет вид

или

Так как в этой схеме используется ООС через , то.

Подставим значение тока базы в уравнение для и получим:

.

Решив последнее уравнение относительно , получим:

.

Пологая , найдем первую точку линии нагрузки:

В

При найдем вторую точку линии нагрузки, а именно находим ток коллектора насыщения:мА.

На семействе выходных характеристик (рис. 4.6) проводим линию нагрузки.

Чтобы найти рабочую точку, необходимо на семействе характеристик построить линию смещения, воспользовавшись соотношением . Задаваясь значениями токаи подставляя их в последнее уравнение, находим значения

, мкА	100	200	300	400	500
, В	-5	-10	-15	-20	-30

Точка пересечения линии нагрузки с линей смещения определяет рабочую точку (А) транзистора (В,мА).

Задача 4.6.В схеме (рис. 47)кОм,кОм,кОм,кОм,В,,мкА. Определить:

а) напряжение

б) режим работы транзистора;

в) как изменится рабочая точка и режим работы транзистора при увеличении температуры на 30ºС

Решение.Для нахождениязапишим уравнение нагрузочной прямой:

(4.1)

Из схемы видно, что

(4.2)

Подставляя выражение (4.2) в фор мулу (4.1), находим:

(4.3)

Для нахождения используем выражение

(4.4)

Для нахождения тока базы используем преобразования по Тевенину и заменим схему (рис.4.7) схемой (рис. 4.8). В соответствии с теоремой Тевенина:

;

для схемы (рис. 4.8), учитывая, что , можно записать равенство:

Так как , то получим выражение для нахождения тока базы:

Из этого выражения следует:

;

В.

кОм.

мА.

Подставляя ток базы в выражение (4.4), найдем :

мА.

Прежде чем найти , необходимо определить режим работы транзистора. Для этого найденный ток коллекторанеобходимо сравнить с током коллектора насыщениянайденного из уравнения (4.1) при условиии.

Если то имеем активный режим работы транзистора. Еслито транзистор работает в режиме насыщения, тогда, а через транзистор течет ток.

Из выражения (4.1) при следует:

значит, транзистор работает в активном режиме и через него течет токмА. В этом случае из (4.3):

В

В

Для оценки изменения положения рабочей точки и режима работы транзистора при увеличении температуры необходимо учесть закон изменения теплового тока от температуры, а именно:

.

В нашем случае

мкА

мА.

мА.

Поскольку то транзистор остался в активном режиме, а напряжениеизменилось:

В

Вывод. С увеличением температуры ток коллектора возрос, а напряжение на выходе уменьшилось.