Методичні вказівки до виконання завдання
Приступаючи до виконання індивідуального завдання, необхідно вивчити принцип роботи простого підсилювача на біполярному транзисторі із спільним емітером. Варіант вихідних даних для підсилювача вибирати з табл. 2, вольт-амперні характеристики транзистора - з табл. 1 та рис. 2 за номером залікової книжки. Всі графіки будувати на міліметровому папері.
Приклад виконання завдання
Розглянемо приклад виконання індивідуального завдання для вихідних даних, поданих в табл. 3, та статичних вольт-амперних характеристик транзистора (табл. 1 та рис. 2, варіант 2).
Таблиця 3.
RБ, кОм |
EК, В |
RК, кОм |
150 |
6 |
2 |
Виконання пункту а
Визначимо спочатку значення постійного струму бази ІБ і напруги база-емітер UБЕ, які відносяться до вхідного кола схеми (рис. 1). Вхідне коло представляє собою замкнутий контур, який складається з резистора RБ, перходу емітер-база транзистора та джерела напруги EК. На резисторі RБ спад напруги URБ= ІБ·RБ, на переході емітер-база - UБЕ. Оскільки за другим законом Кірхгофа в замкнутому контурі сума напруг дорівнює нулеві:
ІБ·RБ+ UБЕ - EК=0, (1)
то звідси струм бази
ІБ=( EК - UБЕ)/ RБ. (2)
Отриманий вираз представляє собою лінійну залежність струму ІБ від напруги UБЕ. Однак існує ще одна залежність ІБ від UБЕ, а саме вхідна вольт-амперна характеристика транзистора ІБ=f(UБЕ), яка задана таблично (табл. 2). Об’єднаємо ці дві залежності в одну систему рівнянь:
(3)
Таким чином, ми отримали систему двох рівнянь з двома невідомими (ІБ та UБЕ), яку можна розв’язати графічним способом, тобто побудувати графіки обох рівнянь в одній системі координат і знайти їх точку перетину, яка відповідатиме розв’язку.
Графік залежності ІБ=f(UБЕ) побудуємо на підставі даних табл. 2. Для побудови графіку першого рівняння, який буде прямою лінією, достатньо визначити координати двох точок.
Для першої точки задамо напругу переходу база-емітер UБЕ=0. Значення струму бази для цієї напруги визначимо на підставі першого рівняння системи (3): ІБ= EК/RБ=6/150 кОм=40 мкА. В результаті перша точка матиме координати (0; 40) і лежатиме на вертикальній осі.
Для другої точки задамо струм бази ІБ=20 мкА. Значення напруги база-емітер для цього струму визначимо знову ж таки на підставі рівняння (1): UБЕ= EК-ІБ·RБ=6-20·10-6·150·103=3 В. В результаті друга точка матиме координати (3; 20).
Відкладемо координати точок на графіку (рис. 3) і проведемо через них пряму, яку називають навантажувальною лінією, та визначимо координати точки перетину прямої з вхідною вольт-амперною характеристикою, тобто робочу точку транзистора: UБЕ=0,7 В; ІБ=35 мкА. Це і будуть шукані значення постійного струму бази і постійної напруги база-емітер.
Рис. 3. Графічні побудови на вхідній вольт-амперній характеристиці транзистора
Перейдемо до розрахунку струму колектора IК і постійної напруги колектор-емітер UКЕ. Для цього накреслимо вихідні вольт-амперними характеристиками транзистора, подані на рис. 2. Перш за все зауважимо, що отримані графіки вихідних характеристик є лише для значень струму бази IБ=10; 20; 30; 40; 50; 50; 70; 80 мкА, але немає саме тієї характеристики, яка нам потрібна, а саме для значення струму бази IБ=35 мкА. Тому спочатку наближено побудуємо потрібну нам характеристику для IБ=35 мкА (штрихова лінія).
Надалі скористаємось тим же методом, що і для визначення струму бази ІБ і напруги база-емітер UБЕ, оскільки вихідне коло схеми рис. 1 є також замкнутим контуром, який складається з джерела напруги EК, резистора RК та ділянки колектор-емітер транзистора. Будуємо на вихідних характеристиках (рис. 4) навантажувальну лінію за формулою:
(4)
Навантажувальна лінія проходить через точку EК=6 В на горизонтальній осі і точку ІК=ЕК/RK=6/2=3 мА на вертикальній осі. На місці перетину навантажувальної лінії з харктеристикою транзистора для IБ=35 мкА визначаємо робочу точку транзистора. Вона має координати: ІК=1,7 мА; UКЕ=2,5 В.
На підставі отриманих значень струму колектора та напруги колектор-емітер розраховуємо потужність, яка розсіюється на колекторному переході транзистора:
PK=IK·UKE=1,7·10-3·2,5=4,25·10-3 Вт = 4,25 мВт.
Потужність, яка розсіюється на резисторі RK складає:
PRK=
=(1,7·10-3)2·2·103=5,78·10-3
Вт = 5,78 мВт.
Рис.
4. Графічні побудови на вихідних
вольт-амперних характеристиках
транзистора