Определение h-параметров по статическим вах

Все h-параметры определяются в исходной рабочей точке.

ИРТ задается режимом по переменному току и определяется U_КЭ и состоянием U_БЭ0 и I_Б0.

Динамический режим работы бпт Динамическая характеристика

Динамическим называется режим, при котором изменение входных электрических величин вызывает изменение всех остальных величин усилительного элемента (БПТ). Для реализации динамического режима необходимо в цепь выходного тока включить сопротивление R≠0, тогда при изменении U_вх и I_вх будет изменятся I_вых, U_вых.

Очевидно, чтобы была возможность варьировать изменения в цепь выходного электрода нужно включить источник питания постоянного тока, предназначенный для обеспечения I_вых0≠0.

Второй закон Кирхгофа для выходной цепи:

Транзистор – элемент явно нелинейный на всей плоскости.

; если I_Б=0, то БПТ неуправляем (это режим отсечки)

Для определения ИРТ используем свойство последовательного соединения. Достроим ВАХ для R_K в системе координат выходных ВАХ БПТ.

При U_КЭ0=Е_К получаем I′=0, а при U_КЭ0=0 получаем I″=E_K/R_K.

С другой стороны ВАХ R_K – это нагрузочная прямая транзистора. ИРТ лежит на отрезке CD.

Выберем I_Б=const, тогда ИРТ определяется как точка пересечения нагрузочной прямой с той характеристикой, которая соответствует I_Б.

Max(ИРТ) – C; min(ИРТ) – D.

На интервале [C,D] может изменяться рабочая точка, а нагрузочная прямая на нем называется динамической характеристикой. Начиная с некоторого значения I_Б рабочая точка остается в одном месте, а I_К перестает управлять. U_КЭн, соответствующее максимальному положению рабочей точки напряжением насыщения (соответственно – ток насыщения).

В нижней части динамической характеристики одинаковое приращение I_Б вызывает равное приращение I_К. Аналогично и вблизи верхней точки – С. Тогда на границах масштаб нелинейный.

Выбор ирт

Построим проходную динамическую характеристику I_К от I_Б. Выбор исходной рабочей точки должен удовлетворять 2 требованиям:

1. I_K0 должен быть выбран так (I_Б0 – тоже), чтобы при максимально возможном приращении I_Б относительно I_Б0, вызываемом сигналом, изменение I_К оставалось пропорциональным ему.

2. ИРТ не должна выбираться слишком высоко, чтобы снизить потребление от источника питания.

При заходе рабочей точки на нелинейные участки начинается искажение сигнала.

Если есть R_Э, то:

, где R_K+R_Э – нагрузка БПТ по постоянному току.

Очевидно, что теперь нагрузочная прямая по переменному току будет отличаться от нагрузочной прямой по постоянному (она будет наклонена более круто).

Бпт как усилительный элемент.

E_б создаёт I_б0, т.е. определяет ИРТ на входных характеристиках.

ЭДС e_u – источник сигнала I_~.

Для любого источника постоянного тока R_UEб→0.

I_б(t)=I_бо+I_б~.

Чтобы обеспечить независимость цепи базы и источника сигнала по постоянному току, ставится разделительный конденсатор C_Р1. Источник e_u должен управлять I_Б, т.е. если R=0, то I_Б~=0 – управления не будет. R≠0, чтобы часть I_U направить в базу. С точки зрения хорошей передачи энергии от источника W к базе, C_R1 должно быть выбрано так, чтобы X_CR1(ω_U)→0 – на нижней частоте в спектре усиления сигнала.

X_CR1(ω)<<R_вх~

Аналогичные требования и к C_R2 по постоянному току для разделения выходной цепи усилительного элемента и R_U.

Видно, что при опускании ИРТ преобразования становятся нелинейными.

I_ко=βI_бо, I_к~=h₂₁I_б~

ΔI_к~ ΔI_б – преобразование К-Б линейно.

I_к~ при протекании через R_к~ сознаёт на нем падении напряжений, которое по сути дела является U_н.

U_кэ=E_к-I_к0R_к

Подадим ΔU_кэ.

Вывод: ΔU на коллекторе противофазно ΔU на базе.

– переменная составляющая.

– практически это коэффициент усиления.

При вычислении k необходимо брать значения напряжений при среднем значении частоты – ω₀.

ω₀ или f₀ – это такая частота, при которой частотно-зависимый сдвиг фаз равен нулю, т.е. сопротивление цепи можно рассматривать только как активное).

→ C_R2 и C₀ можно принебречь.

Обычно можно пренебречь.

Динамические выходные характеристики БПТ по переменному току

Динамические характеристики переменного тока строятся по выходным характеристикам, поскольку I_~ и U_~ - это изменения относительно I₀ и U₀.

Построим нагрузочную прямую по постоянному току.

, т.е. сумма сопротивлений, включенных последовательно с электродами КЭ и источником питания.

ИРТ выбираем выше, чем середина линейного участка, т.к. .

Строим нагрузочную прямую по переменному току.

Следовательно, нагрузочная прямая по переменному току обязательно пройдет через исходную рабочую точку. Для построения прямой задают , откладывают относительно . Вычисляют и откладывают относительно .

Т.к.

Следовательно, эта нагрузочная прямая проходит через ИРТ и точку .

На интервале, ограниченном снизу I_Б=0, а сверху точкой пересечения с восходящим участком статической ВАХ, эта нагрузочная прямая является динамической ВАХ по переменному току.

Её линейный участок несколько меньше. При возрастании температуры увеличивается I_Б0 и ИРТ по постоянному току поднимается. В новой ИРТ увеличивается и переменный ток. ΔI становится меньше. Возможны искажения.

В каждый момент времени t положение рабочей точки находится на пересечении нагрузочной прямой по переменному току со статической ВАХ соответствующего I_Б.

Построим форму изменения I_К и U_КЭ при изменении I_Б, вызванном U_БЭ. Продолжим ВАХ БПТ с I_Б=I_Б0 и будет использовать как ось времени. Перпендикулярную ей ось можно использовать как ось I_Б. В силу параллельности статической ВАХ, продолжение проторируют в значениях I_Б. Изобразим изменение I_Б от времени.

В момент t₀=0 I_Б=I_Б0 – рабочая точка в ИРТ.

t₀=1 I_Б= I_Б-I_Б0 – рабочая точка в ВАХ по переменному току.

Рабочая точка движется по нагрузочной прямой переменного тока и не может подняться выше I_KMAX.

Возрастание амплитуды U_БЭ в дальнейшем приведет к искажениям формы. Низкий выбор ИРТ чреват искажениями при малых I_K, высокий – при больших I_K. Говорят: искажения снизу и сверху, понимая под этим осциллограмму U_КЭ. Тип искажений зависит от типа транзистора.

Для p-n-p транзистора: при повышении I_Б0 уменьшается отрицательное значение U_КЭ, т.е. оказывается отрицательным => искажения сверху. При понижении I_Б0 увеличивается отрицательное значение U_КЭ, т.е. оказывается положительным => искажения снизу.