2. Моделирование входной характеристики

Входная характеристика необходима для нахождения требуемого смещения на базе. Определим его, используя ток базы, полученные по выходным характеристикам.

Входная характеристика биполярного транзистора – это зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер при постоянном токе коллектора.

При моделировании входной характеристики важным является определение положения рабочей точки. С помощью рабочей точки определяются ток и напряжение во входной цепи I_Б0 и U_БЭ0 для выбранного режима работы, которые обеспечивают требуемые I_К0 и U_КЭ0 .

Определим номиналы источников напряжения. Источник коллекторной цепи (V1 на рис.2.2.1) установим равным напряжению питания (16В). Номинал источника напряжения база-эмиттер (V2 на рис.2.2.1) не задаётся, он изменяется в программе автоматически. Изменять его будем от 0 до 1 В (напряжение насыщения) с шагом 0.0001 для обеспечения достаточной точности моделирования (рис.2.2.2.).

Соберём схему для моделирования входной характеристики (рис.2.2.1).

Рис.2.21. Схема для моделирования входной характеристики

Устанавливаем параметры изменения источника V2:

Рис.2.2.2 Пределы изменения напряжения база-эмиттер

Построим входную характеристику и по ней определим недостающую координату рабочей точки (напряжения смещения на базе) установив I_б0 в выбранном режиме (рис. 2.2.3).

Рис.2.2.3 Входная характеристика транзистора

Таким образом, по результатам моделирования входной характеристики были получены следующие параметры, описывающие координаты рабочей точки транзистора в режиме А:

• Напряжение база-эмиттер покоя U_БЭ0= 589.4684 мВ;

• Ток базы покоя I_Б0=-21.32 мкА.

2.3 Моделирование передаточной характеристики

Передаточная характеристика нужна для определения параметров рабочей точки транзистора в режиме А с учётом сопротивления нагрузки и цепей термостабилизации.

Передаточная характеристика биполярного транзистора - это зависимость выходного напряжения коллектор-эмиттер от входного напряжения база-эмиттер.

Исходя из условия передачи максимальной энергии сигнала в нагрузку (условие согласования) сопротивление нагрузки транзистора выбрано равным сопротивлению нагрузки усилительного каскада R_К=R_Н.

Для исключения влияния температуры окружающей среды на режим работы транзистора пользуются широко известными схемами, в частности, для термостабилизации в цепь эмиттера включают компенсационный резистор R_Э (рис.5)

R_Э=0.1∙R_К=0.1∙2 КОм=200 Ом.

Оценим предварительно напряжение базы покоя транзистора в режиме А, с учетом падения напряжения на резисторе Rэ:

U_Б0=U_БЭ0+U_Rэ=U_Б0+I_К0*R_Э=-589.4684 мВ+(-4.0738мА∙200 Ом)=-1.40423 В;

U_к0= U_кэ0 +(I_к0 ∙ R_э) = -8 В + (-4.0738мА ∙ 200 Ом)= -8.81476 В.

Источник коллекторной цепи (V1 на рис.2.3.1) установим равным напряжению питания (16В). Номинал источника напряжения базы (V2 на рис.2.3.1) не задаём, он изменяется в программе автоматически. Диапазон изменения его зададим от 0 до 3 В ( чтобы транзистор вошёл в режим насыщения) с шагом 0.0001В для обеспечения достаточной точности моделирования (рис.2.3.2).

Соберём схему для моделирования передаточной характеристики (рис.2.3.1).

Рис.2.3.1 Схема для моделирования передаточной характеристики

Установим пределы изменения напряжения базы (рис.2.3.2)

Рис.2.3.2 Пределы изменения напряжения базы

Построим передаточную характеристику и найдём значение U_Б0,используя U_КО, которое задаёт режим А работы транзистора (рис. 2.3.3).

Рис.2.3.3 Передаточная характеристика транзистора

Здесь напряжение коллектор покоя U_К0 принимаем равным 8.8206 В с учетом падения напряжения на компенсационном резисторе R_Э.

Найденное значение U_Б0=1.4442 В ( на рис.2.3.3) отличается от расчётного 1.40423 В на 3%, что не превышает допустимую погрешность.

Для определения параметров покоя транзистора нужно изменить номинал базового источника напряжения (рис. 2.3.4).

Рис.2.3.4 Схема для определения параметров покоя транзистора

Найдём все потенциалы и токи в режиме А работы транзистора (рис. 2.3.5):

Рис.2.3.5 Потенциалы и токи в режиме А работы транзистора

Зная токи во входной и выходной цепях можно определить коэффициент передачи по току транзистора с учётом нагрузки. Для выбранного режима работы:

h_21Э=I_K0 / I_Б0= -3.58955 мА / -18.97788 мкА = 189.

Таким образом, по результатам моделирования передаточной статической характеристики были получены окончательные параметры, описывающие координаты рабочей точки транзистора 2N5830 в режиме А:

• Напряжение коллектора покоя U_К0=8.8209 В;

• Ток коллектора покоя I_К0=-3.58955 мА;

• Напряжение базы покоя U_Б0=1.4442 В;

• Ток базы покоя I_Б0=-18.97788 мкА.