Аппроксимация статических характеристик биполярных транзисторов

Статические характеристики токов коллектора i_к и базы i_Б биполярных транзисторов также идеализируются отрезками прямых (рис.3.5).

Рис. 3.5

i_к = S (e_Б – ) (3.7)

i_к = S_гр e_к , если e_к < e_{к ГР}.

i _к = S(E_Б – E_Б') , если e_{к >} e_{к ГР} ,

i_Б = S_Б (e_Б – .

где S_Б – крутизна характеристики тока базы, ₀ – коэффициент передачи тока базы на низких частотах, r_НАС – сопротивление насыщения (справочный параметр транзистора).

Аппроксимация статических характеристик полевых транзисторов

i_c = S (e_З – E_з'),

i_c = S_гр e_c , если e_c < e_{c гр}.

i_{c =} S(E_З – E_з´) если e _с > e_{с гр.}

Контрольные вопросы.

1.Что характеризует такой параметр лампы, как «проницаемость» управляющей сетки?

2. Как определить напряжение отсечки анодного тока для генераторного триода?

3. Чему равно (ориентировочно) напряжение отсечки коллекторного тока для кремниевого биполярного транзистора?

4. Напишите выражение, связывающее ток стока и напряжение на затворе полевого транзистора.

5. Определите напряжение отсечки тока стока для транзисторов КП-903, КП-904 и КП-909.

6. Каково напряжение отсечки сеточного тока в электронных лампах?

Упражнения

1. Изобразите проходную (сквозную) характеристику биполярного транзистора – i_к(e_Б).

2. Определите проницаемость D лампы ГУ-5Б (рис.3.1)

3. Нарисуйте выходную характеристику этого транзистора:

4. Изобразите входную характеристику этого электронного прибора:

5. Изобразите проходную (сквозную) характеристику этого электронного прибора:

6. Изобразите вольт-амперную характеристику этого электронного прибора:

Глава 4 динамические характеристики выходного тока генератора с внешним возбуждением

Ток в выходной цепи генератора (анодный или коллекторный) в генераторе с внешним возбуждением изменяется под влиянием двух переменных противофазных напряжений – входного и выходного. Для лампового генератора это

e_с= E_с + U_с сosωt и e_a = E_a – U_a сosωt.

Следовательно, статические характеристики активных приборов не определяют однозначно характера изменения токов при работе генератора, так как они показывают зависимость токов в транзисторе или лампе только от одного переменного напряжения.

Полную информацию о токах в активном приборе дают динамические характеристики, которые можно построить во входной и выходной системах координат. Например, под динамической характеристикой анодного тока в выходной системе координат понимается зависимость анодного тока от анодного напряжения e_a с учетом одновременно изменяющегося напряжения на сетке e_c. Динамическая характеристика того же тока во входной системе координат – это зависимость анодного тока i_a от напряжения на сетке e_c с учетом меняющегося напряжения на аноде e_a [3].

Построить динамические характеристики можно только в том случае, если известны Е_с, U_с, E_a и U_a. Если неизвестна хотя бы одна из этих величин, построить динамические характеристики невозможно.

Можно показать, что при идеализации статических характеристик активных приборов отрезками прямых динамические характеристики тоже представляются отрезками прямых.

Запишем соотношения для эмиссионного тока и напряжений на управляющей сетке и аноде

i_S = S(e_C + De_a – E_{C 0}); (4.1)

е_с = E_с + U_с cost; (4.2)

e_a = E_a – U_a cost. (4.3)

Выразим из соотношения (4.3) cost = (E_a – e_a)/U_a и подставим в выражение (4.2):

e_с = E_с + (E_a – e_a)U_с /U_a. (4.4)

Подставив выражение (4.4) в формулу (4.1), получим

i_s = S[ (4.5)

Это уравнение прямой, которое показывает зависимость мгновенного значения тока эмиссии i_s от мгновенного значения напряжения e_a на аноде с учетом напряжения e_с. Чтобы построить динамическую характеристику эмиссионного тока, достаточно найти две точки, лежащие на ней. Легко найти точки, соответствующие фазовым углам t = 0 и t = 90^o. Этим углам соответствуют значения напряжений

e_с (0) = E_с + U_с = e_{с макс};

е_a( 0) = E_a – U_a = e_{a мин};

и e_с (90) = ;

e_a (90) = E_a.

Рис. 4.1

Вторая пара напряжений определяет так называемый ток покоя лампы I_{a ПОК} (в общем случае АЭ). Чтобы его найти, подставим соотношения (4.2), (4.3) в формулу i_s = S[e_c – + D(e_a – E_a)]. После подстановки получим:

(4.6)

При t = 90^о соотношение (4.6) определяет ток покоя (рис. 4.1) I_ПОК = S(E_С – ). Для выбранного на рис. 4.1 смещения Е_c < ток покоя имеет фиктивное значение (I_ПОК < 0). Отложим эту ординату на рис. 4.2 при анодном напряжении е_а = Е_а (точка 0). Это нижняя точка динамической характеристики эмиссионного тока. Конечно, продолжение динамической характеристики в области i_а < 0 недействительно. Для этой области динамическая характеристика совпадает с осью абсцисс.

Верхнюю точку динамической характеристики эмиссионного тока позволяет найти первая пара напряжений (рис. 4.2, точки 1, 2, 3, 4).

Динамические характеристики эмиссионного тока для различных амплитуд напряжения U_а (точки 1, 2, 3, 4) показаны на рис. 4.2 тонкими линиями.

Чтобы построить динамические характеристики анодного тока, необходимо учесть, что левее точки пересечения динамической характеристики эмиссионного тока с линией граничного режима анодный ток определяется линией граничного режима, а правее – совпадает с динамической характеристикой эмиссионного тока. Динамические характеристики анодного тока на рис. 4.2 выделены жирными линиями. При малой амплитуде напряжения U_a (цифра 1) динамическая характеристика анодного тока совпадает с динамической характеристикой эмиссионного тока. При амплитуде напряжения на аноде, соответствующей варианту 4, динамическая характеристика анодного тока состоит из нескольких отрезков прямых линий:

– при е_а < 0 – совпадает с осью абсцисс;

– при 0 < е_а < е_а4, (е_а4 определяется точкой пересечения динамической характеристики эмиссионного тока с линией граничного режима) – совпадает с линией граничного режима;

– при е_а > е_а4 – совпадает с динамической характеристикой эмиссионного тока.

Рис. 4.2

От соотношения между минимальным анодным напряжением е_{а мин} и максимальным сеточным напряжением зависит распределение тока эмиссии между анодом и сеткой. В режиме, который помечен «1», сеточный ток мал, а анодный практически равен эмиссионному. Импульс анодного тока имеет косинусоидальную форму. Этот режим называется недонапряженным. С увеличением U_a растет сеточный ток. С его ростом в импульсе анодного тока появляется провал, глубина которого тем больше, чем меньше становится остаточное напряжение на аноде. Режим с большими сеточными (базовыми) токами (режимы 3 и 4) называется перенапряженным, причем режим 4 более напряженный, чем режим 3. Пограничный режим «2» между недонапряженным и перенапряженным называется граничным.

Энергетические характеристики ГВВ, такие, как выходная мощность и КПД зависят от степени напряженности режима. Ниже будет показано, что в граничном режиме эти показатели близки к максимально возможным.