1.1.16. Основные способы задания рабочей точки на входных вах биполярного транзистора

На рис. 15 для задания рабочего режима входной и выходной цепей используется два источника питания На практике обычно применяется один источник питания – E_к, а режим по постоянному току входной цепи осуществляется схемным путем. На рис.18 приведены некоторые способы задания рабочей точки при включении по схеме с общим эмиттером. Разделительные конденсаторы С₁, С₂, С_Э выбираются с достаточно большой емкостью, их сопротивлением в рабочей области частот можно пренебречь.

П ростейшая схема приведена на рис. 18а. Эта схема с фиксированным током базы, она называется также схемой со стабилизацией тока базы, т.к. при достаточно большом E_К (E_К>>U_БЭ) I_Б не меняется при изменении U_БЭ вследствие изменения температуры.

Параметры выбранной рабочей точки входной и выходной цепей могут изменяться при изменении температуры в результате изменения токов I_Э и I_Б вследствие изменения токов I_КБО (ОБ) , I_КЭО (ОЭ). Для оценки влияния изменения тока I_КБО (I_КЭО) на ток коллектора I_К используют параметр К_нест – коэффициент нестабильности, определяемый как

К_нест = dI_К /dI_КБО

Простейшая схема не обеспечивает стабильности коллекторного тока при изменении температуры, коэффициент нестабильности велик:

К_нест = dI_К / dI_КБО = 1/(1+h_21Б)=+1

Схема выбора и стабилизации рабочей точки с резистором между базой и коллектором (рис.18б) позволяет снизить коэффициента нестабильности в [1+h_21Э(R_К + R_Б)] раз относительно схемы рис. 18а:

К_нест = (1 + h_21Э)/(1 + h_21Э(R_К + R_Б)).

Однако данная схема приводит к появлению обратной связи по напряжению а также к снижению входного сопротивления транзистора. Для исключения этих явлений (недостатков) сопротивление R_Б разбивают на две части и заземляют среднюю точку через конденсатор.

Для стабилизации рабочей точки транзистора наиболее часто применяют схему с делителем напряжения на базе и резистором в цепи эмиттера, показанную на рис. 18в. Сопротивления R₁, R₂ выбираются достаточно малыми, чтобы ток, проходящий через них, во много раз превышал ток базы I_Б, (обычно I_д=(5 10)I_Б). В этом случае потенциал базы относительно земли почти не зависит от тока базы. В цепь эмиттера включен резистор R_Э, обеспечивающий отрицательную обратную связь по постоянному току. Увеличение тока коллектора (эмиттера) вызывает уменьшение разности потенциалов U_БЭ, что приводит обратно к уменьшению тока коллектора I_К.

Эта схема при правильном выборе параметров обеспечивает высокую стабильность рабочей точки и выходных характеристик с изменением температуры; стабильность режима при замене одного транзистора другим.

Анализ схемы приводит к следующему выражению для коэффициента нестабильности:

При правильно спроектированной схеме величина R_эh_21э/(R_э+R₁)>>1, тогда К_нест=1+R₁/R_э. Обычно резистор R₂ берут в несколько раз больше, чем входное сопротивление транзистора по переменному току.

1.1.17. Ключевой режим работы биполярного транзистора

Ключевой режим работы характеризуется большой амплитудой переключающего импульса, когда транзистор переходит из состояния с большим внутренним сопротивлением (ключ разомкнут) в состояние с малым сопротивлением (ключ замкнут) и обратно.

Схема простейшего ключа на n-p-n-транзисторе приведена на рис.19. На рис. 20а показаны выходные статические характеристики, нагрузочная характеристика и расположение рабочих точек A и B. На рис. 20б показано расположение рабочих точек A и B на входных характеристиках.

В точке A транзистор находится в режиме отсечки, на базу подано запирающее напряжение –E^_Б, напряжение на электродах практически совпадают с э.д.с. источников:

U_К  E_К, U_Б  –E^-_Б

В точке B транзистор находится в режиме насыщения, на базу подано отпирающее напряжение +E^_Б, токи электродов определяются внешними цепями:

I⁺_Б  (E⁺_Б - U^) / R_Б, I_КНE_К/R_К

Для перевода в режим насыщения необходимо выполнить условие:

I_Б^I_БН, или, что то же,  I⁺_Б I_КН,

где I_БН  ток базы, соответствующий границе режима насыщения,

 = I_КН  I_БН  коэффициент усиления тока базы в режиме большого сигнала.

Силу этого неравенства характеризуют особым параметром – степенью насыщения S:

S = I⁺_Б /I_БН = I⁺_Б /I_КН (37)

Статическими параметрами ключа являются остаточное напряжение U_КН во включенном состоянии (точка B) и остаточный ток I_ост в выключенном состоянии (точка A). В ключевых схемах транзистор находится в активном режиме лишь в переходном состоянии.

Остаточное напряжение складывается из напряжения U_КЭ и падения напряжения на омическом сопротивлении коллектора r_KK:

U_КН= U_КЭ + r_KK_I_КН

Первое слагаемое определяется формулой:

, (38)

где _i – инверсный коэффициент передачи тока базы.

Быстродействие ключа характеризуется динамическими параметрами – временем включения t_вкл и временем выключения t_выкл.