Электронный режим транзистора

На рис.1.2 приведены статические характеристики транзистора в двух системах координат:

при и при

Пунктирной линией на рис.1.2,б показана условная граница (линия граничного режима), разделяющая активную область и область насыщения.

Из рис.1.2, а видно, что параметры аппроксимированной характеристики – S (крутизна) и Е_б (напряжение сдвига) – следует выбирать в зависимости от амплитуды напряжения возбуждения U_б и напряжения смещения Е_б, т.е. от амплитуды импульса коллекторного тока i_к max (чем больше амплитуда, тем больше значения S и Е_б). Крутизна характеристики тока коллектора на низких частотах равна

где ₀(h_21эо) – статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером (ОЭ);

r_б – сопротивление базы;

S_п – крутизна характеристики тока коллектора по переходу. При комнатной температуре S_п = 39i_к, однако, с учетом неизбежного разогрева транзистора при пропускании через него тока обычно принимают S_п = 30i_к. Для косинусоидальной формы импульса коллекторного тока эту крутизну рекомендуется определять для тока 0,5i_к max . При этом крутизна S равна

Из последнего равенства видно, что в отличие от ламп крутизна транзистора в схемах ОЭ и ОБ  не является постоянной величиной, а зависит от тока коллектора. Чем больше ток коллектора, тем больше крутизна.

Напряжение сдвига аппроксимированной характеристики Е_б при изменении высоты импульса меняется сравнительно мало. Поэтому напряжение можно считать постоянной величиной, равной приблизительно 0,7 В для кремниевых и 0,3 В для германиевых транзисторов.

Пользуясь статическими характеристиками, можно рассчитать режим коллекторной цепи усилителя мощности на частотах Частота f_S является граничной частотой по крутизне, а частоту f = 0,5f_S считают граничной между низкими и высокими частотами для недонапряженного режима работы транзистора. В областях насыщения и инверсной инерционность транзистора значительно возрастает. Поэтому при расчете коллекторной цепи усилителя мощности в перенапряженном режиме частоту считают низкой при f  0,05f_S. В справочниках обычно указывают предельную частоту усиления по току в схеме с общим эмиттером . Частоты f_s и связаны соотношением

Лабораторные работы, описанные в сборнике, выполняются с использованием транзисторов, для которых рабочие частоты являются низкими.

Предельная температура транзистора

Транзисторы в большей степени, чем электронные лампы, чувствительны к воздействию температуры. Одним из предельно допустимых параметров транзистора является предельно допустимая температура переходов (в первую очередь, коллекторного) t_пд, при которой не возникает тепловой пробой перехода и незначительно падает надежность прибора. Для транзистора на основе германия t_пд  85С , на основе кремния – t_пд  150С.

Рис.1.2. Реальные и аппроксимированные статические

характеристики мощного кремниевого биполярного транзистора: а – входные, б – выходные

В работающем транзисторе температура перехода превышает температуру окружающей среды t_ср на величину, равную

,

где Р_к и Р_б – мощности, рассеиваемые на коллекторе и базе;

R_пс=R_пк+R_кс - тепловое сопротивление переход-среда;

R_пк  тепловое сопротивление переход-корпус;

R_кс  тепловое сопротивление корпус-среда.

Сопротивления R_пс или R_пк (для мощных транзисторов с теплоотводами) указываются в каталогах (в град/Вт). Величина R_пк зависит от конструкции транзистора, а R_кс  от условий охлаждения. Обычно используют различные теплоотводы, к которым плотно прижимают корпус транзистора. Допустимая мощность рассеяния определяется разностью температур t_пд и t_ср в установившемся тепловом режиме

На низких частотах потери в базе невелики (Р_б  0,1Р_к), а электронный КПД при коэффициенте использования коллекторного напряжения   0,9 равен _э = Р₁/(Р₁+Р_к)  0,7. Тогда полезную мощность можно оценить по формуле

Чем выше t_ср, тем меньше будет Р_рд и тем меньше полезная мощность Р_п.