Лабораторне заняття № 6

Тема: Робоча точка транзисторного каскаду.

Мета роботи. Побудова лінії навантаження транзисторного каскаду; задання робочої точки транзисторного каскаду; дослідження параметрів робочої точки транзистора; дослі-дження умов для переводу транзистора в режим насичення та відсічки; визначення статично-го коефіцієнта передачі транзистора за експериментальними даними.

1. Теоретичні відомості

Задання струму бази за допомогою одного резистора.

Схема транзисторного каскаду з загальним емітером представлена на малюнку 6.1. Ре-жим, в якому працює каскад, можна визначити, побудувавши його навантажувальну лінію на вихідній характеристиці транзистора. Даний спосіб дозволяє описати поведінку транзистора в стані насичення, підсилення та відсічки. Режим насичення визначається наступною умо-вою: струм колектора не керується струмом бази: β_DC×І_б > I_к = І_кн, де І_кн – струм насичення колектора, що визначається з відношення: І_кн = Е_к/R_к. Цей режим характеризується низьким падінням напруги переходу колектор-емітер (порядку 0,1…0,3 В). Для переводу транзистора в цей режим треба подати в базу транзистора струм більший струму насичення бази:

І_бн = І_кн/β_DC.

Мал. 6.1

Струм насичення бази задається за допомогою резистора R_бн = (Е_к-U_бе0) / І_бн, де U_бе0 - порогова напруга переходу база-емітер. Для кремнієвих транзисторів вона рівна 0,7 В.

В режимі підсилення струм колектора менший струму І_кн та описується рівнянням на-вантажувальної прямої: І_к=(Е_к-U_ке) / R_к.

Робоча точка в статичному режимі задається струмом бази та напругою колектора. Во-на визначається точкою перетину навантажувальної прямої та вихідної характеристики тран-зистора. Базовий струм транзистора визначається як струм через опір в ланцюгу бази:

І_б = (Е_к-U_бе0) / R_б.

Струм колектора обчислюється за формулою: І_к = І_б × β_DC.

Напруга переходу колектор-емітер визначається з рівняння навантажувальної прямої:

U_ке = Е_к - І_к × R_к.

В режимі відсічки струм колектора рівний нулю і не створює на резисторі падіння на-пруги. Звідси U_ке – максимальне та рівне Е_к. Струм колектора з врахуванням теплових стру-мів визначається з наступного рівняння:

І_к = І_ке0+ І_б × β_DC = (1+ β_DC)×І_кб0+ І_б × β_DC ≈ β_DC × (І_кб0+ І_б), де І_ке0, І_кб0 - зворотні струми переходів колектор-емітер та колектор-база відповідно.

Коефіцієнт нестабільності струму колектора ( dІ_к / dІ_кб0 ) визначається в даному випадку таким чином: S = 1+ β_DC ≈ β_DC.

Даний коефіцієнт дуже залежить від статичного коефіцієнта передачі струму бази, який може помітно відрізнятись в транзисторах одного й того ж типу.

Задання струму бази за допомогою подільника напруги.

NPN-транзистор. Схема задання струму бази NPN-транзистора за допомогою подільни-ка напруги в каскаді з загальним емітером показана на малюнку 6.2. Струм колектора в ре-жимі насичення описується: І_кн = Е_к/ (R_к+R_е). Струм насичення бази не залежить від R₁ та R₂. І_бн = І_кн / β_DC, а напруга на базі рівна: U_б = Ек×Rе/ (R_к+R_е) + U_бе0. Ця ж напруга задається подільником напруги. Знаючи Е_к та U_б, можна визначити відношення плечей подільника.

Мал. 6.2

Сумарний опір подільника зазвичай вибирається так, щоб струм, що протікає через ньо-го був приблизно в 3…5 раз більший, ніж струм бази. Склавши систему рівнянь та розв’язав-ши її, можна знайти опори R₁ та R₂. Аналогічним чином каскад розраховується і в підсилю-вальному режимі. Струм колектора тут описується рівнянням навантажувальної прямої:

І_к = (Е_к–U_ке–U_е) / R_к, де U_е = І_е×R_e.

І_б = І_к / β_DC; І_к = І_е – І_б.

Напруга бази U_б = І_е×R_е+ U_бе0 , звідки струм емітера І_е = (U_б-U_бе0) / R_е.

Напруга переходу колектор-емітер визначається за законом Кірхгофа:

U_ке = Е_к–І_к×R_к–І_е×R_е.

Коефіцієнт нестабільності при (U_е>U_е0) рівний: S = 1 + R_б / R_е , де

R_б = R₁×R₂ / (R₁+R₂).

Для РNP-транзистора треба змінити полярність напруг та напрями струмів на обернені.

Мал. 6.3

Задання струму бази за допомогою резистора в ланцюгу база-колектор.

Відповідна схема показана на малюнку 6.4. Струм колектора в режимі підсилення описується як І_к = (Е_к–U_ке) / R_к. Робоча точка визначається точкою перетину навантажуваль-ної лінії та вихідної характеристики транзистора. Струм бази визначається з виразу:

І_б = (U_ке– U_бе0) / R_б.

Струм колектора у схемі визначається за формулою: І_к = (Е_к–U_бе) / (R_к+R_б / β_DC).

Значення напруги для переходу колектор-емітер обчислюється за законом Кірхгофа:

U_ке = Е_к–І_к×R_к , а значення β_DC = І_к / І_б. Коефіцієнт нестабільності: S = R_б /R_к.

Мал. 6.4