Динамический режим работы транзистора.

Сущность динамического режима работы транзистора.

Динамическим называется такой режим работы транзистора, при котором хотя бы один из параметров режима изменяется во времени. Одним из наиболее распространенных видов динамического режима является работа транзистора в усилительных каскадах. В этом режиме в выходную цепь транзистора включается нагрузка (в данном случае в виде

резистора ), а на вход подается входное усиливаемое напряжение (Рис.19). Рис.19

Под действием источника коллекторного питания

через транзистор будет протекать ток коллектора , который создает на элементах цепи (транзисторе и

резисторах и ) падение напряжения

Величина обычно незначительная, поэтому падением напряжения на этом сопротивлении для простоты рассуждения можно пренебречь. Ток протекает по цепи: + ( ), , Э-Б-К, ,- .

Согласно закону Кирхгофа для контура, обтекаемого током , можно записать:

, откуда , или

При подаче на вход транзистора переменного входного напряжения , будут

изменяться напряжения ток базы , а следовательно будет меняться сопротивление транзистора.

Поясним это более подробно. Изобразим коллекторную цепь в виде эквивалентной схемы на Рис.20.

Рис.20.

Напряжение источника делится между сопротивлением нагрузки и внутреннем сопротивлением (динамическим сопротивлением ) транзистора , которое он оказывает постоянному току коллектора . Это сопротивление приближенно равно сопротивлению

коллекторного перехода для постоянного тока.

В действительности к нему еще добавляются небольшие сопротивления эмиттерного перехода и объемов n-и p-областей, которые можно не принимать во внимание.

Если во входную цепь включается источник колебания , то при изменении его напряжения изменяется ток эмиттера . Это вызывает изменение сопротивления коллекторного перехода постоянному току. Тогда напряжение источника будет перераспределяться между и . При этом переменное напряжение на резисторе нагрузки может быть получено в 10 раз больше, чем входное переменное напряжение.

Таким образом, в динамическом режиме ток коллектора является функцией двух взаимосвязанных и одновременно изменяющихся напряжений ( ) и ( ). В этом суть динамического режима.

Принцип работы транзисторного усилителя.

Принципиальная электрическая схема усилителя, собранного по схеме с ОЭ, приведена на рис.19:

- усилительный элемент-транзистор типа p-п-р, преобразующий энергию источника постоянного тока в энергию усиливаемого сигнала;

-источник коллекторного питания, за счет энергии которого осуществляется усиление сигнала;

-резистор коллекторной нагрузки, на котором выделяется выходной усиленный сигнал;

- разделительный (переходный) конденсатор, предотвращающий передачу на базу последующего каскада усиления сравнительно большого отрицательного постоянного напряжения с коллектора данного транзистора; - сопротивление внешней нагрузки усилителя, которым чаше всего является входное сопротивление последующего каскада;

- делитель напряжения, которые совместно с резистором обеспечивают выбор положения начальной рабочей точки; - цепочка термостабилизации начальной рабочей точки;

- резистор, предназначен для термостабилизации начальной рабочей точки ( создает отрицательную обратную связь по постоянному току); - конденсатор, который создает цепь для прохождения переменной составляющей тока

эмиттера и тем самым предотвращает появления отрицательной обратной связи по переменному току; - блокировочный конденсатор (конденсатор фильтра), предотвращающий прохождение

переменной составляющей тока коллектора через внутреннее сопротивление источника , и тем самым предотвращающий самовозбуждение усилителя за счет общего источника питания;

-входной усиливаемой сигнал;

-выходной усиливаемой сигнал.

Р

u

ассмотрим физические процессы в усилителе с помощью временных диаграмм (ЭПЮР) токов и напряжений, изображенных на Рис.21

а)

б)

в)

г)

д)

е)

Рис.21

В исходном состоянии, при , транзистор открыт,

так как на его базу относительно эмиттера, подается небольшое постоянное отрицательное (прямое)

напряжение смещение . Действительно, под действием источника в цепях транзистора протекают токи покоя и . Ток покоя протекает по коллекторной цепи: положительный полюс источника , корпус

( ), резистор , эмиттерный, база и коллекторный переходы транзистора , резистор коллекторной нагрузки

и на отрицательный полюс источника .

Ток покоя протекает по цепи: положительный полюс источника , корпус ( ), резистор , эмиттерный переход, резистор ; отрицательный полюс источника .

Через резистор оба тока протекают в одном направлении, образуя ток эмиттера

. Этот ток создает на резисторе , падение напряжения

.

Ток делится проходя по цепи: положительный полюс источника , корпус, резистор , резистор и на отрицательный полюс источника , создает на резисторе падение напряжения

На участке база – эмиттер напряжения и оказываются включенными встречно,

поэтому результирующее напряжение на эмиттером переходе( напряжение смещение начальной рабочей точки) будет равно:

.

Параметры схемы подбираются таким образом, чтобы во-первых, (что и обеспечивает открытое включение эмиттерного перехода, эмиттерный переход р-п смещается

под действием в прямом направлении), и во-вторых, начальная рабочая точка находилась бы на середине линейного участка динамической входной характеристики (для уменьшения искажений усаливаемого сигнала).

Поскольку ток коллектора создает на резисторах и падение напряжений, то напряжение на коллекторе транзистора будет меньше на величину падения напряжения на этих элементах.

.

Постоянное напряжение с коллектора транзистора через разделительный конденсатор на вход усилителя не передается. Поэтому входное напряжение в исходном состоянии равно нулю

.

В рабочем состоянии, при подаче на вход усилителя входного сигнала (Рис.21). Это напряжение на участке база-эмиттер будет алгебраически складываться с напряжением смещения. Результирующее напряжение на эмиттерном переходе равно

Это напряжение, оставаясь отрицательным, изменяется по закону входного сигнала (Рис.21 б). По этому же закону изменяются токи базы (Рис 21 в) и коллектора (Рис.21 г), а также падение напряжения на нагрузке и на коллекторе (Рис. 21д). Причем, в интервале времени от до , когда входное напряжение увеличивается, отрицательное (прямое) напряжение на эмиттерном переходе уменьшается, транзистор призакрывается, токи базы и коллектора уменьшаются. Падение напряжения на коллекторной нагрузке также

уменьшается, а отрицательное напряжение на коллекторе по абсолютной величине увеличивается.

В интервале времени от до наоборот отрицательное напряжения на эмиттером переходе увеличивается, транзистор еще больше открывается, следовательно, увеличиваются токи базы и коллектора, падение напряжения на коллекторной нагрузки также увеличивается, а отрицательное напряжение на коллекторе по абсолютной величине уменьшается.

Если работа происходит на линейных участках характеристик, то форма переменных составляющих , , совпадает с формой входного сигнала, т.е. входной сигнал усиливается без искажений.

Таким образом, в рабочем состоянии на электродах транзистора действуют пульсирующие напряжения, а в цепях протекают пульсирующие токи, причем

;

.

Переменная составляющая коллекторного напряжения через разделительный конденсатор с коллектора транзистора передается на выход усилителя, амплитуда этого напряжения

.

При соответствующем выборе величины сопротивления резистора амплитуда выходного напряжения может быть значительно больше амплитуды входного напряжения , т.е. в этом случае происходит усиление согнала по напряжению.

Из сравнения сигналов на входе и выходе усилителя видно, что в процессе усиления схема с ОЭ инвертирует усиливаемый сигнал по фазе, т. е. изменяет фазу входного согнала на .

Так как возникновение переменной составляющей тока коллектора происходит между электродами транзистора, при подаче на его базу переменного входного сигнала, то можно считать, что участок коллектор-эмиттер транзистора являются генератором переменной оставляющей тока коллектора. Тогда цепь прохождения этого тока будет следующей:

к оллектор транзистора, затем ток разветвляется - одна часть тока течет через , , , и на эмиттер, а другая часть течет через , , и тоже на эмиттер. В другой полупериод входного напряжения ток течет по этим же цепям, но в обратном направлении.