2.5 Задачи для самостоятельной работы

Задача 7. Используя входные и выходные характеристики биполярного транзистора [1,14], определите его параметры h_21э, h_{22э, h11э.}

Таблица 2.1 – Варианты заданий к задаче 7

Номер варианта	Тип транзистора	Номер варианта	Тип транзистора	Номер варианта	Тип транзистора
1	КТ201А	2	КТ908А	23	МП39Б
3	КТ312В	4	КТ315Б	24	КТ351А
5	КТ208Б	6	МП38А	25	КТ814Б
7	МП40А	8	КТ502А	26	КТ301В
9	ГТ402Б	10	КТ345А	27	КТ392А
11	КТ210Б	12	КТ302А	28	КТ361А
13	КТ815А	14	МП42А	29	КТ370Б
15	КТ501Б	16	КТ342Б	30	КТ503Б
17	КТ201Г	18	КТ209Б	31	КТ603Б
19	КТ315А	20	КТ608А
21	КТ3102Б	22	КТ3107А

Задача 8. По полученным в задаче 7 данным для выбранного транзистора, определите его сопротивления r_б, r_э, r_к.

Задача 9. Определите крутизну характеристики и внутреннее сопротивление полевого транзистора (на крутом участке выходных характеристик) [1,14]. Варианты задач приведены в табл.2.2.

Таблица 2.2 – Варианты заданий к задаче 9

Номер варианта	Тип транзистора	Номер варианта	Тип транзистора	Номер варианта	Тип транзистора
1	КП101Э	2	КП903А	23	КП103Г
3	КП312А	4	КП312Б	24	КП201И
5	КП305Д	6	КПС104Г	25	КП201К
7	КП901А	8	КП902Б	26	КП103К
9	КПС202А	10	КП101Г	27	КП306А
11	КП313А	12	КП103Л	28	КП201Ж
13	КП903Б	14	КП304	29	КП201Л
15	КП301Б	16	КП103Ж	30	КП103И
17	КП904А	18	КПС104В	31	КП350А
19	КП103Э	20	КП101Д
21	КПС104А	22	КП201Э

Примечание. В решении задач 7 и 9 должны находиться вольт-амперные характеристики транзисторов.

3 Расчет транзисторных ключевых каскадов

3.1 Цель занятия

Выучить методы расчета ключевых каскадов на транзисторах.

3.2 Методические указания для самостоятельной подготовки к занятию.

Транзисторные ключи – элементы схемотехники, которые выполняют под воздействием управляющих сигналов различные коммутации: включения/выключения пассивных и усилительных элементов, источников питания и т.д. [3,5,9,11]. В статическом режиме ключ находится в одном из двух состояний: замкнутом (включенном) или разомкнутом (выключенном).

Ключи на биполярных транзисторах. Типичная схема ключа на биполярном транзисторе в схеме с ОЭ приведена на рис.3.1.

Рисунок 3.1 – Типовая схема ключа на биполярном транзисторе

Биполярный транзистор может находиться в трех режимах.

Режим отсечки. Эмиттерный и коллекторный переходы транзистора смещенные в обратном направлении.

U_вых = U_КЭ = U_пит – I_К0·R_К. (3.1)

Ток базы транзистора равен току обратно-смещенного коллекторного перехода І_Б = –І_К0. Условие режима отсечки для n-p-n транзистора: U_Б<0 , для p-n-p транзистора: U_Б>0.

Режим насыщения. Эмиттерный и коллекторный переходы транзистора смещены в прямом направлении. Условие перехода транзистора в режим насыщения:

I_Б≥I_Б нас=U_ПИТ / βR_К. (3.2)

Активный режим. Эмиттерный переход смещен в прямом направлении, коллекторний переход смещен в обратном направлении и

. (3.3)

Ключи на полевых транзисторах. Сегодня происходит активное вытеснение биполярных транзисторов из области ключевых устройств. В значительной мере альтернативой служат полевые транзисторы. Полевые транзисторы не потребляют статической мощности в цепи управления, в них отсутствуют неосновные носители, а, значит, не нужно время на их рассасывание.

Из всего многообразия полевых транзисторов для построения электронных ключей наибольшее распространение получили МДП – транзисторы с индуцированным каналом (в иностранной литературе – обогащенного типа). Транзисторы этого типа характеризуются пороговым напряжением U_пор, во время действия которого возникает проводимость канала. Другими параметрами МДП-транзистора, используемых в расчетах, есть I_С0 – остаточный ток стока, крутизна характеристики S. МДП-транзистор в области маленьких напряжений между стоком и истоком (открытый транзистор) можно представить эквивалентным сопротивлением (в отличие от насыщенного биполярного транзистора – источника напряжения). В ключах на МДП-транзисторах с индуцированным каналом, полярности входного (U_ЗИ) и выходного (U_СИ) напряжений совпадают.

На рис.3.2а приведена типичная схема ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом и резистивной нагрузкой. Резистор R_с в цепи стока выполняет роль балластного сопротивления, которое ограничивает ток стока транзистора. С помощью приведенной на рис.3.2б выходной характеристики транзистора рассмотрим режимы работы транзистора.

Рисунок 3.2 – Схема ключа на МДП-транзисторе и

выходная характеристика ключа

При U_вх < U_пор канал транзистора отсутствует, ток истока в транзисторе пренебрежительно мал, поэтому U_вых ≈ U_пит (для более точных расчетов можно воспользоваться формулой U_вых = U_пит – I_С0· R_С).

При U_вх > U_пор и U_СИ >U_{СИ нас гр} (U_{СИ нас гр} = U_вх – U_пор – напряжение, которое разграничивает крутую и пологую области характеристики) рабочая точка транзистора находится в пологой области характеристики и

U_вых = U_пит – I_СR_С.

С учетом того, что

I_С = 0,5 · S₀ (U_вх – U_пор)²,

где S₀ (А/В²) – удельная крутизна транзистора, которая связанная с крутизной управления по затвору S=S₀U_ЗИ, получаем:

U_вых = U_пит – 0,5· S₀ R_С (U_вх – U_пор)².

При U_вх > U_пор и 0 ≤ U_СИ ≤ U_{СИ нас гр} рабочая точка транзистора находится в крутой области характеристики , а выходное напряжение U_вых находится из общего решения уравнений

U_вых = U_пит – I_СR_С

и

.