Тема 4. Біполярні транзистори Лекція 4/3. Динамiчний режим роботи бiполярного транзистора

При роботi транзистора в рiзних радiотехнiчних схемах в його вхiдне коло поступають сигнали, наприклад, змiннi напруги. Пiд дiєю вхiдної змiнної напруги змiнюються вхiдний i вихiдний струми транзистора.

Одним із найпоширенiших режимiв роботи транзисторiв являється їх робота в пiдсилювальних каскадах. В цьому режимi для одержання корисного сигналу у вихiдне коло транзистора включається навантаження. Падiння напруги на опорi навантаження, яке визивається протiкаючим по навантаженню струмом, знижує значення напруги, яка подається на колекторний перехiд. Внаслiдок цього при подачi на вхiд транзистора змінної напруги вихiдний струм буде змiнюватися як пiд дiєю вхiдної, так i пiд дiєю вихідної напруги, яка взаємозв'язана з вхiдною напругою i водночас із нею змiнюється.

1. Принцип роботи транзисторного пiдсилювача

В практичних схемах транзисторних пiдсилювачiв у вихiдне коло транзистора послiдовно з опором навантаження включають джерело живлення, а у вхiдне коло - джерело сигнала, який повинен бути пiдсилений.

Р ежим роботи транзистора з навантаженням називається динамiчним. В цьому режимi струми i напруги на електродах транзистора не залишаються постiйними, а безперервно змiнюються. Розглянемо роботу транзистора, включеного по найбiльш поширенiй схемi із спiльним емiтером у динамiчному режимi.

В цiй схемi напруга джерела живлення Е_к розподiляється мiж дiлянкою колектор-емiтер (виходом схеми) i опором навантаження R_к так, що напруга

U_ке = Е_к – I_к R_к (3.1)

Цей вираз являє собою рiвняння динамiчного режиму для вихiдного кола. Змiни напруги на входi транзистора визивають вiдповiднi змiни струму емiтера, бази, i отже, струму колектора I_к. Це приводить до змiни напруги на R_к, в результатi чого змiнюється i напруга U_ке. До речi, живлення транзистора в розглянутiй схемi (як i в любiй iншiй схемi з спiльним емiтером) вiдбувається вiд одного джерела Е_к. Напруга на емiтерний перехiд подається через резистор R_б в колi бази. Величина опору цього резистора визначає початкову величину постiйного струму бази транзистора у вiдсутнiсть вхiдного сигналу.

Характеристики транзистора, який знаходиться в динамiчному режимi, вiдрiзняється вiд характеристик статичного режиму, тому що вони визначаються не лише властивостями самого транзистора, але i властивостями елементiв схеми.

Частiше всього використовуються вихiднi i вхiднi динамiчнi характеристики.

Н а рис. зображенi вихiднi статичнi характеристики транзистора i проведена динамiчна характеристика (лiнiя навантаження) АВ, яка вiдповiдає опору навантаження R_к.

Положення лінії навантаження на статичних характеристиках однозначно визначається напругою джерела живлення Е_к i опором резистора R_к.

Точка В перетину лінії навантаження з вiссю напруги спiвпадає з точкою, в якiй напруга на колекторi дорiвнює Е_к. Дiйсно, ця точка вiдповiдає випадку, коли струм колектора дорiвнює нулю. При цьому струм через навантаження не протiкає i падiння напруги на опорi навантаження дорiвнює нулю. Отже, вся напруга джерела живлення Е_к виявляється прикладеною до дiлянки колектор-емiтер транзистора.

Точка А перетину лінії навантаження з вiссю струмiв спiвпадає з точкою, для якої виконується умова

, (3.2)

тому що струм колектора у випадку повного вiдкриття або закорочення (якби це було можливо) транзистора, обмежувався б лише величиною опору R_к.

В сi промiжнi положення точок на лінії навантаження характеризують можливi напруги i струми у вiдповiдних колах транзистора при подачi сигнала з врахуванням опору навантаження. Любому струму бази вiдповiдають цiлком визначенi значення струму колектора i колекторної напруги. Так, наприклад, якщо в режимi спокою (до подачi вхiдного сигнала) був установлений струм бази I_б^,, то робоча точка Р на лінії навантаження вказує вiдповiднi цьому струму значення I_к i U_ке .

Вхiдна динамiчна характеристика являє собою залежнiсть вхiдного струму вiд вхідної напруги в динамiчному режимi.

Для побудови вхідної динамічної характеристики необхiдно для кожного значення напруги на колекторi (для якої iснує статична вхiдна характеристика) визначити по вихiднiй динамiчнiй характеристицi вiдповiдний струм бази.

Потiм на вхiдних статичних характеристиках необхiдно знайти точки, якi вiдповiдають знайденим значенням струмiв бази. Якщо тепер з'єднати цi точки (D, Р, C, Е) плавною кривою, то ця крива i буде служити вхiдною динамiчною характеристикою.

Внаслiдок того, що вхiднi статичнi характеристики транзистора розмiщуються густо, iнодi для спрощення аналiзу роботи i розрахунку транзисторного каскада вхiдну динамiчну характеристику не будують, а просто одну з вхiдних статичних характеристик, знятiй при напрузi на колекторi, яка не дорiвнює нулю, приймають за динамiчну .