2.2. Практическое занятие 2 Анализ и обеспечение усилительного и ключевого режимов в транзисторных делителях напряжения

Цели занятия: 1.Ознакомиться с методикой анализа активных R-T- делителей напряжения.

2.Научиться обеспечивать заданные положения рабочей точки транзисторов при синтезе усилительного и ключевого режимов в R-T - делителях напряжения.

Схемы активных R-T - делителей напряжения, подлежащих анализу на практическом занятии, представлены на рис.18…23.

Рис.18 Рис.19 Рис.20

Рис.21 Рис.22 Рис.23

Вольт-амперные характеристики биполярных и полевых транзисторов изображены на рис.24…29.

Рис.24

Рис.25

Рис.26 Рис.27

Рис.28 Рис.29

Задачи и методические рекомендации

Задача 7. В R-T-делителе напряжения биполярный транзистор

p-n-p - типа включён по схеме с общим эмиттером, а базовая цепь подключена к источнику коллекторного питания (рис.18). Известно:

Определить положение рабочей точки и состояние транзистора по вольт-амперным характеристикам (ВАХ) транзистора.

Методические рекомендации

Положение рабочей точки биполярного транзистора в R-T-делителе напряжения определяется величиной его токов коллектора и базы, которые находятся как координаты точек пересечения графиков ВАХ транзистора и линий ВАХ резистора на выходных и резистора на входных характеристиках транзистора. Графики входных и выходных ВАХ транзистора обычно берутся из справочника для конкретного типа транзистора. В данном случае они приведены на рис.24,а и б.

Графики ВАХ резисторов являются линиями, аналитические выражения для которых записываются на основании закона Ома для соответствующих резисторов:

; .

Задаваясь двумя значениями напряжения , находим значения двух токов и соответствующие этим координатам точки, через которые проводим линию ВАХ резистора . Задаваясь двумя значениями напряжения , определяем значения двух токов и соответствующие им точки, через которые проводим линию ВАХ резистора .Точки пересечения этих линий с графиками ВАХ транзистора определяют положение рабочей точки делителя. Нетрудно заметить, что линия ВАХ резистора при отсекает на оси напряжений величину, равную , а проекция рабочей точки на ось напряжений покажет, как делится напряжение питания : падение напряжения на транзисторном плече делителя - , а на резисторном плече - .

Задача 8. В R-T-делителе напряжения транзистор n-p-n типа включён по схеме с общим эмиттером, а базовая цепь подключена к источнику коллекторного питания (рис.19). Известно: , , а ток базы изменяется от 100 до 800 мкА путём регулирования сопротивления резистора . Определить: траекторию рабочей точки на ВАХ транзистора; граничный ток базы, при котором наступает насыщение тока коллектора; глубину насыщения при токе базы .

Методические рекомендации

Положение рабочей точки на выходных характеристиках транзистора определяется пересечением этих характеристик с линией нагрузки (с линией ВАХ резистора), аналитическим выражением которой является уравнение . Различным значениям тока базы соответствуют свои графики ВАХ транзистора. Поэтому с изменением тока базы изменяет положение точка пересечения линии ВАХ резистора с графиками ВАХ транзистора. С увеличением тока базы транзистор всё более открывается, ток коллектора возрастает, напряжение на транзисторе падает. При каком-то токе базы ток коллектора достигнет максимального значения, величина которого определяется резистором и равна . Тот минимальный ток базы, при котором это происходит, называется током базы на границе насыщения транзистора и его активного режима. Его можно

определить по траектории рабочей точки на ВАХ или аналитически по формуле , где - коэффициент усиления тока базы в активном режиме транзистора. При увеличении тока базы более этой граничной величины ток коллектора, достигнув максимального значения, перестаёт изменяться, а в областях структуры транзистора происходит накопление неосновных носителей заряда пропорционально величине тока базы. Состояние транзистора в режиме насыщения его коллекторного тока количественно оценивается коэффициентом глубины насыщения, который равен в данном случае , т.е. отношению реального тока в базовой цепи к току базы на границе насыщения.

Задача 9. В R-T-делителе напряжения (рис.19) известны координаты рабочей точки на ВАХ транзистора (рис.25, а, б) : .Определить величины , обеспечивающие это положение рабочей точки.

Методические рекомендации

Если известно положение рабочей точки, на выходных ВАХ через неё проводим произвольно линию ВАХ резистора , аналитическое выражение которой имеет вид . Эта линия пересекает ось напряжений в точке .

Необходимо эту линию провести так, чтобы точка пересечения её с осью напряжения не выходила из области допустимых напряжений для транзистора: .

Итак, точка пересечения линии ВАХ резистора с осью напряжения определяет величину , а точка пересечения этой линии с осью токов - величину резистора , так как отсекаемое на оси значение тока равно . Зная значение напряжения источника питания и координаты рабочей точки на входных характеристиках, можно найти величину резистора из выражения для ВАХ этого резистора .

Задача 10. В R-T-делителях напряжения в качестве транзистора используются: n-канальный полевой транзистор, управляемый p-n-переходом (рис.20); полевой транзистор с изолированным затвором и встроенным каналом p-типа (рис.21); полевой транзистор с изолированным затвором и индуцированным каналом n-типа (рис. 22).

Вольт-амперные характеристики этих транзисторов изображены соответ-

ственно на рис.26 … 28. Известны величины напряжений источников питания и , а также сопротивление резистора . Определить положение (координаты) рабочей точки делителя.

Методические рекомендации

Аналогично предыдущим задачам строим в осях ВАХ транзисторов ВАХ резистора , используя выражение , задаваясь значениями напряжения . Учитывая то, что вследствие отсутствия токов в цепи затвора напряжение на затворе равно напряжению источника смещения , рабочая точка определяется как точка пересечения построенной линии нагрузки с графиком ВАХ транзистора при соответствующем напряжении на затворе.

Задача 11. На ВАХ полевого транзистора, изображенных на рис.27,

задана рабочая точка с координатами: . Определить: , и . Нарисовать схему делителя.

Методические рекомендации

Через заданную точку проводим произвольно линию, так чтобы точка пересечения линии с осью напряжения лежала в области допустимых для транзистора напряжений, . Эта точка пересечения линии ВАХ резистора с осью напряжений определит напряжение источника питания , а точка пересечения этой линии с осью токов позволит найти требуемую величину , так как для неё справедливо . Напряжение источника смещения равно напряжению на затворе в рабочей точке.

Задача 12. В делителе напряжения, изображенном на рис. 23, напряжение источника питания равно , а напряжение источника смещения - . Определить положение рабочей точки.

Методические рекомендации

Положение рабочей точки определяется пересечением графиков ВАХ транзистора VT₂ с графиком ВАХ нагрузочного транзистора VT₁. Поскольку затвор транзистора VT₁ соединен с истоком (рис.23), то для него всегда напряжение на затворе равно нулю, . Поэтому основной процедурой решения этой задачи является построение ВАХ транзистора VT₁ при , график которой представлен на рис.26, в координатных осях ВАХ транзистора VT₂ (рис.29). При этом необходимо пользоваться следующими равенствами, очевидными для схемы (рис.23):

; .