Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
me12 / Лекции МКС_ 2010.doc
Скачиваний:
91
Добавлен:
03.03.2016
Размер:
1.18 Mб
Скачать

4.4. Эффект Эрли

Зависимость тока коллектора от напряженияUкэобусловлена эффектом Эрли. Для учета эффекта Эрли в формулу 4.1 добавляется отношениеUкэ/UЭ

где UЭ– напряжение Эрли. Оно равно 30… 150 В дляn-p-nтранзисторов и 30…75 В дляp-n-pтранзисторов.

Ток коллектора транзистора зависит от тока базы. Коэффициент усиления по току В является коэффициентом пропорциональности между ними и во многих простых расчетах считается константой. В этом случае не учитывается зависимость коэффициента усиления по току от UбэиUкэ. Однако во многих случаях зависимость отUкэучитывается, так как она порождается эффектом Эрли.

4.5. Зависимость параметров транзистора от температуры

На характеристики транзистора сильно влияет температура. Особенно важна температурно-зависимая связь между током коллектора и напряжением база-эмиттер. Эта связь проявляется в том, что передаточные характеристики транзистора смещаются влево с увеличением температуры рис.4.8. Это означает, что если зафиксировать ток коллектора, то один и тот же ток коллектора, будет достигаться при меньшем напряженииUбэ. Для количественной оценки измененияUбэот температуры вводят температурный коэффициентUбэ

.

Температурный коэффициент Uбэозначает, что при увеличении температуры на один градус, один и тот же ток коллектора достигается при напряженииUбэменьшем на 1,7 мВ.

Используя уравнение 4.1 можно показать, что при изменении температуры на 30 градусов коллекторный ток изменяется почти в десять раз. Поэтому невозможно задавать температурно стабильную рабочую точку транзистора А, в режиме малых сигналов выбирая значение напряжения Uбэ.

4.6. Работа схемы с общим эмиттером

Для лучшего понимания работы транзистора рассмотрим схему транзистора с общим эмиттером, которая показана на рис 4.9. Подадим на вход схемы сначала постоянное напряжение величиной близкое к 0,6 В с тем, чтобы задать постоянный ток коллектора небольшой величины порядка единиц мА. Напряжение на выходе схемы будет равно

Uвых=Uкэ=Uп–IкRк. (4.5)

Таким образом, мы зададим режим работы схемы по постоянному току.

Теперь подадим последовательно с постоянным напряжением 0,6 В малое синусоидальное напряжение dUвх. В результате изменения синусоидального напряжения напряжение на входе будет увеличиваться или уменьшаться относительно 0,6 В. Это приведет к изменению тока базы и, следовательно, тока коллектора. При увеличении входного напряжения увеличивается ток коллектора, а напряжение на коллекторе транзистора, т.е. на выходе схемы согласно уравнению 4.5 будет уменьшаться. При уменьшении входного напряжения наоборот токи базы и коллектора уменьшаются, а напряжение на выходе схемы увеличивается. Таким образом, напряжение на выходе изменяется в противофазе к входному напряжению.

Следует заметить, что выходное напряжение изменяется относительно постоянного напряжения на коллекторе, которое определяется постоянным током коллектора – током покоя. В свою очередь ток покоя коллектора задается постоянным напряжением Uбэ = 0,6В. Переменные составляющие сигналов представляют собой полезный сигнал, постоянные составляющие токов и напряжений схемы определяют режим работы транзистора по постоянному току так называемую рабочую точку.

Более наглядно процесс прохождения сигнала в схеме можно рассмотреть с помощью графо-аналитического метода. Задача состоит в следующем: необходимо построить график выходного сигнала, если известен входной сигнал. Построение выходного сигнала графоаналитическим методом показано на рис.4.10. В верхней части рисунка представлены передаточная и выходные характеристики транзистора, построенные в одном масштабе по току коллектора. В нижнем левом углу показан график входного сигнала, представляющий собой сумму постоянного напряжения величиной 0,6 В, задающего рабочую точку транзистора и полезный синусоидальный сигнал, который изменяется относительно постоянной составляющей (синяя линия). Постоянный сигнал определяет положение рабочей точки на передаточной характеристике транзистора – точка А.

Чтобы найти выходной сигнала, надо определить изменение тока коллектора и напряжения коллектор-эмиттер во времени. Для определения двух неизвестных необходимо иметь два уравнения. Одно уравнение 4.5 задано в аналитическом виде, а другое задано графически в виде семейства выходных характеристик. Такую систему уравнений целесообразно решать графическим способом. Для этого построим прямую, определяемую уравнением 4.5, на графиках выходных характеристик транзистора. Строим по двум точкам. При Uкэ= 0,Iк =Uп/Rк, а приIк = 0,Uкэ=Uп.Через найденные точки проводим прямую,которая называется нагрузочнойпрямой.

Теперь на нагрузочной прямой можно отобразить рабочую точку А, как показано на рис.4.10. При изменении токов и напряжений движение осуществляется вдоль нагрузочной прямой относительно рабочей точки А. При увеличении входного сигнала, увеличивается ток коллектора транзистора и движение осуществляется вверх относительно рабочей точки. Напряжение Uкэпри этом уменьшается. При уменьшении входного напряжения ток коллектора уменьшается, а напряжение Uкэувеличивается. Выходной сигнал показан на нижнем правом графике синим цветом. Стрелками на графиках показана последовательность построения точек выходного сигнала для моментов времени t0, t1, t2, t3и t4.

Из проведенных построений можно сделать следующие выводы:

  1. График выходного сигнала представляет собой синусоиду, амплитуда которой значительно больше амплитуды входного сигнала. Следовательно, схема представляет собой линейный усилитель электрических сигналов.

  2. Выходной сигнал изменяется в противофазе выходному.

  3. Выходной сигнал изменяется относительно постоянного значения UкэА, которое определяется режимом работы транзистора по постоянному току.

В этом случае говорят, что схема работает в линейном режиме или в режиме малого сигнала.

Если на вход подать относительно большой сигнал (на графике показан сиреневым цветом), то транзистор будет периодически входить в режим насыщения или отсечки, т.е. будет полностью открыт, или полностью закрыт. В результате появляются нелинейные искажения. На графике выходного сигнала будут срезаны вершины синусоиды. Этот случай соответствует нелинейному режиму работы транзистора или режиму большого сигнала.

Режим насыщения характеризуется током коллектора насыщения Iкни напряжением коллектор-эмиттер насыщения Uкэн. Минимальное напряжение насыщения для транзисторов малой мощности равно примерно 0,1 – 0,2 В. Транзистор входит в режим насыщения, когда напряжение Uкэ< Uбэ ≈ 0,7 В. В режиме насыщения ток коллектора транзистора имеет максимальное значение и не зависит от тока базы. При увеличении тока базы ток коллектора остается неизменным. Ток коллектора насыщения определяется только внешними элементами, подключенными к транзистору

Iк= Iкн = (Uп– Uкэн) / Rк≈ Uп/ Rк.

В режиме отсечки транзистор закрывается, ток базы и коллектора практически равен нулю и напряжение на выходе будет равно напряжению питания.

Режим работы большого сигнала используется для построения ключевых схем. В ключевых схемах транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях: в полностью открытом (режим насыщения) или полностью закрытом (режиме отсечки). Ключевые схемы управляются импульсными входными сигналами. В этом случае говорят, что транзистор работает в ключевом или в импульсном режиме.

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.

Соседние файлы в папке me12