Ключевой режим работы

Он применяется как каскад промежуточного усиления, каскад сигнализации, как схема питания электромагнитного реле. Такой каскад является основой интегральных логических элементов.

Для объяснения работы используются выходные характеристики, которые представлены на рис. 26. А и В  возможные рабочие точки. В точке А транзистор выключен (или ключ разомкнут), в точке В транзистор включен (ключ замкнут). Чтобы получить точку В, необходимо обеспечить соответствующий ток базы.

В точке А:

Uкэ=Uп-RкIко; Iк=Iко.

В точке В:

Uкэ0,1В; Iк=(Uп-Uкэ)/Rк.

В расчетах обычно пренебрегают величинами Iко0, Uбэ0,6В и Uкэ0,1В. Диаграмма работы транзистора в ключевом режиме представлена на рис. 27. Обычно в открытом состоянии транзистора ток Iк задан. Требуемый ток базы I_б=Iк/h_21Э обеспечивается базовой цепью

I_б =(Uб-Uбэ)/Rб.

Uбэ0,6В, тогда

Rб=(Uб-0,6)/I_б;

Iк=(Uп-Uкэ)/Rк; Uкэ0,1В.

Т. к. h_21Э может меняться от значений Iк, от температуры, от времени, то ток базы I_б приходится задавать с запасом. Вводят понятие коэффициента насыщения, который характеризует превышение реального базового тока над требуемым. При расчете I_б исходят из величины h_21Эmin/(1,5...2). Число 1,5... 2  это коэффициент насыщения.

Работу транзистора в точках А и В принято характеризовать следующими терминами:

точка А - состояние отсечки (отсечен ток коллектора);

точка В - состояние насыщения(транзистор открыт полностью).

Переход из состояния в состояние происходит скачком.

Усилительный режим работы транзистора

Рассмотрим мощность, выделяемую на транзисторе в двух возможных режимах: ключевом и усилительном. График мощности Pк представлен на рис. 26. Нагрузочная прямая определяет возможные рабочие точки транзистора. В ключевом режиме мощность, выделяемая на транзисторе, соответствует точке А или В, т.е. всегда меньше максимальной возможной мощности. В усилительном режиме, когда возможно существование любых рабочих точек на нагрузочной прямой, мощность Pк может принимать и максимальное значение.

В усилительном режиме в общем случае входной сигнал может быть знакопеременным, например, синусоидальным. Переход база-эмиттер является диодным p-n переходом. Чтобы входная цепь транзистора могла работать с сигналом переменного тока, необходимо переход база-эмиттер сместить в прямом направлении, т.е. задать в базовой цепи рабочую точку по постоянному току. Относительно этого постоянного тока можно подавать в базовую цепь сигнал переменного тока, который будет усиливаться. Схема включения транзистора с общим эмиттером и диаграммы его работы в режиме усиления гармонического сигнала представлены соответственно на рис. 29 и 30, где I_см - постоянный ток смещения базы. Постоянный ток смещения базы будет определять постоянную составляющую тока коллектора в соответствии с соотношением Iк=I_бh_21Э. В усилительном режиме возможные рабочие точки находятся на нагрузочной прямой между точками А и В на рис. 31. Ток смещения должен выводить рабочую точку коллектора транзистора по постоянному току на середину отрезка А В, чтобы напряжение на коллекторе могло изменяться от этой середины как в сторону источника питания, так и в сторону общей точки.

1 ВАРИАНТ.

Схема представлена на рис. 32.

Iсм=(Uпит-Uбэ)/Rсм.

Схема отличается простотой, но имеет существенный недостаток: рабочая точка по постоянному току не стабильна. При изменении Rсм, например, из-за температуры, Iсм изменяется. Рабочая точка на коллекторе Iк=Iсмh_21Э также может изменяться из-за изменения коэффициента усиления транзистора h_21Э.

2 ВАРИАНТ (рис.33).

Ток смещения можно определить по соотношению

Iсм=Uпит/2Rсм.

Эта схема обладает гораздо большей стабильностью. При изменении по какой-либо причине тока смещения базы будет меняться рабочая точка коллектора. Через цепь обратной связи с коллектора на базу будет соответствующее воздействие на базовую цепь, уменьшающее эти изменения.

3 ВАРИАНТ (рис. 34).