Выходная характеристика транзистора.

Выходные характеристики БТ так же получают экспериментально с помощью схемы на рис.4.3. Однако, аргументом выбирают напряжение U _К, функцией - ток коллектора I_К , а  параметром – ток базы  I_Б.

Схема опыта, проведенного в демонстрации demo4_2, приведена на рис.4.7.

Рис.4.7.Схема получения выходных характеристик (demo4_2).

Полученное семейство выходных характеристик I_К(U_К, I_Б) приведено на рис.4.8.

Рис.4.8. demo4_2. Семейство выходных характеристик I_К(U_К, I_Б) биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером.

          Основное свойство биполярного транзистора – большое влияние тока базы на ток коллектора. На  рис. 4.8  видно, что при изменении тока базы на 10 мкА и при постоянном напряжении на коллекторе 10 В ток коллектора изменяется почти на 2мА.  Отношение приращения тока  коллектора к приращению тока базы при изменениях тока базы и постоянном напряжении между коллектором и эмиттером - коэффициент передачи тока h₂₁ , важный параметр транзистора. В нашем примере

при U _К=10 В  h₂₁ = ∆ I _К / ∆ I _Б ≈ 2*10^-3 / 10*10^-6 = 200.

Анализ показывает, что значение h₂₁ зависит от режима транзистора. На рис.4.9 на примере demo4_3 показана зависимость h₂₁(I_Б, U_К) при значениях U_К= 0.5, 2.5…15.5. Здесь видно, что на начальном участке при малых токах базы параметр h₂₁ быстро растет, достигает максимума, а потом плавно уменьшается.

 

Рис.4.9. Зависимости параметра h₂₁ от тока базы при разных напряжениях между коллектором и эмиттером БТ.

Другой важной характеристикой транзистора является статическая переходная характеристика транзистора I_К(I_Б). На рис.4.10 из demo4_3 приведено семейство переходных характеристик при U_КЭ= 0.5, 2.5…15.5.

Рис.4.10. Статические переходные характеристики I_К(I_Б) БТ.

На рис.4.10 видно, что практически зависимости I_К(I_Б) можно считать линейными при значительном изменении напряжения U_К: I_К= h₂₁I_Б

Транзисторы имеют предельные эксплуатационные параметры, которые  не должны быть превышены при подключении транзистора к источникам энергии:

I_К  < I_{К, макс} , U_К  < U_К,макс , P_К  < P _{К, макс}. Здесь P_К  = U_К I_К  - мощность коллекторного перехода.Эти значения определяют границы доступной  для работы области выходных характеристик транзистора, которые  изображены на рис.4.11 пунктирными линиями.

Рис.4.11. Рабочая область семейства выходных характеристик транзистора.

  Рассмотренные ранее и другие  h –параметры транзистора позволяют записать уравнения для приращений токов и напряжений транзистора:

 ∆U _Б = h₁₁∆ I _Б + h₁₂ ∆ U _К

∆ I _К = h₂₁∆ I _Б + h₂₂ ∆ U _К

 Здесь h₁₁ =∆U _Б /∆I _Б при ∆ U _К =0 (U_К =const)–входное сопротивление биполярного транзистора (Ом);

         h₁₂ =∆U _Б /∆U _К при ∆ I _Б =0 (I _Б =const)–коэффициент внутренней обратной связи по напряжению (близок к нулю);

         h₂₁ =∆I _К /∆ I _Б при ∆U_К =0 (U_К =const)– коэффициент усиления по току;

         h₂₂ =∆I _К /∆U _К при ∆ I _Б =0 (I _Б =const)–– выходная проводимость БТ (См).

1. Уравнения состояния и линейная схема замещения биполярного транзистора по переменной составляющей. Элементы схемы и их физический смысл. Принцип построения усилительного устройства на биполярном транзисторе.

Схема замещения БТ.

  Рассмотренные ранее и другие  h –параметры транзистора позволяют записать уравнения для приращений токов и напряжений транзистора:

 ∆U _Б = h₁₁∆ I _Б + h₁₂ ∆ U _К

∆ I _К = h₂₁∆ I _Б + h₂₂ ∆ U _К

 Здесь h₁₁ =∆U _Б /∆I _Б при ∆ U _К =0 (U_К =const)–входное сопротивление биполярного транзистора (Ом);

         h₁₂ =∆U _Б /∆U _К при ∆ I _Б =0 (I _Б =const)–коэффициент внутренней обратной связи по напряжению (близок к нулю);

         h₂₁ =∆I _К /∆ I _Б при ∆U_К =0 (U_К =const)– коэффициент усиления по току;

         h₂₂ =∆I _К /∆U _К при ∆ I _Б =0 (I _Б =const)–– выходная проводимость БТ (См).

         Система уравнений с h –параметрами транзистора позволяет составить схему замещения транзистора для приращений токов и напряжений (рис.4.12а).

 

 Рис.4.12а. Схема замещения транзистора для приращений токов и напряжений

В этой схеме замещения цепь базы на основе первого уравнения представлена последовательным соединением резистивного элемента  сопротивлением h₁₁ и зависимого источника напряжения h₁₂ ∆ U _К. Цепь коллектора на основе второго уравнения представлена параллельным соединением зависимого источника тока h₂₁∆ I _Б и резистивного элемента сопротивлением 1/h₂₂.

  Усилитель напряжения на биполярном транзисторе. Биполярный транзистор используется в  усилителе напряжения, схема которого приведена на рис.5.1 :

Назначение элементов схемы рис.5.1:

 VT – биполярный транзистор, включенный по схеме с общим эмиттером;

 e _вх , R _вт – э.д.с. и внутреннее сопротивление источника усиливаемого сигнала – создает входное напряжение u _вх;

 С–конденсатор,  исключающий  связь (зависимость состояний) цепи источника сигнала и цепи базы транзистора по постоянному току,

R_Б – базовый резистор, сопротивление которого определяет постоянную составляющую  тока базы I _Б0, т.е. рабочую точку на вольтамперных характеристиках транзистора;

R_К – коллекторный резистор, с помощью которого создается переменное выходное напряжение (так же влияет на положение рабочей точки на выходных характеристиках I _К0  и  U _К0);

 R_Н – нагрузочный резистор (приемник) на котором создается переменное выходное напряжение;

  С_С–конденсатор, исключающий связь (зависимость состояния БТ от R_Н) коллекторной цепи транзистора и цепи нагрузки по постоянному току;

 E_К – источник питания транзистора, энергия которого частично преобразуется в энергию усиленного сигнала на нагрузочном резисторе.

          На вход усилителя подается сигнал - переменное напряжение u_ВХ, которое преобразуется в переменную составляющую тока базы. Изменение тока базы вызывают изменение тока коллектора и напряжения на коллекторе. Вследствие этого появляется переменное напряжение на нагрузочном резисторе, т.е. создается выходное напряжение усилителя. Принцип действия усилителя на рис.5.1 рассмотрим с помощью рис 5.2. на примере синусоидального входного сигнала.

 

3. Усилитель напряжения на биполярном транзисторе. Принципиальная схема. Назначение элементов. Принцип усиления.