Московский государственный технический университет

имени Н.Э. Баумана

Факультет «Специальное машиностроение»

Кафедра «Автономные информационные и управляющие системы»

Ю.А. Сидоркина, н.Ю. Макарова Биполярные транзисторы и усилители на их основе

Методические указания по выполнению домашнего задания

по дисциплине «Электроника и микроэлектроника»

Москва

(С) 2014 МГТУ им. Н.Э. БАУМАНА

Глава 2 Основные характеристики и режимы работы биполярных транзисторов

Биполярный транзистор - основа многих усилителей. Назначение уси­лителя определяет схему включения и режим работы транзистора. В боль­шинстве усилителей транзистор включен по схеме «общий эмиттер» (ОЭ), так как в этой схеме усиливаются и ток, и напряжение. В усилителях на основе схемы «общий коллектор» (ОК) усиливается только ток, но в этих усилителях большое входное сопротивление и малое выходное, что позволяет работать с источниками сигналов с большим внутренним сопротивлением и с нагрузкой с малым сопротивлением.

Работа биполярного транзистора при любой схеме включения характе­ризуется четырьмя величинами: входным током , входным напряжением , выходным током и выходным напряжением . В активном режиме связь между ними устанавливают статические характеристики. При этом два параметра принимают за независимые переменные. Мы будем рассматривать работу транзистора в системе h-параметров, в которой за независимые переменные принимаются входной ток и выходное напряжение . Две другие величины - входное напряжение и выходной ток выражаются как функции независимых переменных. Отсюда следует, что работа транзистора описывается четырьмя семействами статических характеристик. Обычно пользуются двумя - входными и выходными. Эти характеристики для схемы с общим эмиттером (ОЭ) приведены на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Статические характеристики биполярного транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером. Штрих-линией обозначена нагрузочная прямая по переменному току для схемы рис. 2.3: а - входные характеристики, б - выходные

В режиме малого сигнала связь между четырьмя параметрами линейная, т.е.

Коэффициенты в этом разложении - h-параметры - также характеризуют работу транзистора. Значения h-параметров зависят от схемы включения транзистора и от положения точки покоя на статических характеристиках транзистора. Точка покоя определяется значениями параметров , , и в отсутствии входного сигнала.

Режим работы усилителя определяется положением точки покоя П на статических характеристиках транзистора (рис. 2.1, рис. 2.2) и величиной амплитуды входного сигнала.

Будем считать, что входной сигнал описывается гармонической функ­цией типа , где - его амплитуда, - частота.

При работе усилителя в режиме класса А точка покоя находится на линейном участке входной характеристики, а амплитуда входного сигнала такова, что транзистор псе время остается в активном режиме.

Рис. 2.2. Резисторный усилитель

При работе усилителя в режиме класса В точка покоя лежит в области отсечки (рис. 2.2), а амплитуда входного сигнала такова, что транзистор не входит в насыщение. При этом транзистором усиливается только одна полуволна входного сигнала. Чтобы усилить вторую полуволну, для усилителей в режиме класса В используется двухтактная схема с двумя транзисторами, работающими и противофазе. Наличие «зоны умолчания» и нелинейного участка на входных характеристиках приводят к значительным искажениям формы сигнала в таких усилителях. Для устранения этих искажений используют режим класса АВ: точку покоя выбирают в начале линейного участка входной характеристики. При этом токи покоя состав­ляют примерно 10% от их амплитудных значений.

При работе усилителя в режиме класса D (режиме ключа) точка покоя тоже лежит в области отсечки, а большой входной сигнал переводит транзистор в насыщение.