Задание 2

По заданным статическим характеристикам биполярного транзистора с ОЭ (общим эмиттером) (приложение В) определить параметры рабочей точки.

Рассчитать низкочастотные малосигнальные электрические -параметры для данной рабочей точки.

Исходные данные для расчета задания №2 выбираются по таблице 3.

Таблица 3 – Исходные данные для расчета задания № 2

х	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
, В	2	2,5	2,8	2,3	2,2	2,1	2,6	2,7	2,8	2
, Ом	150	155	158	153	150	149	159	160	161	155
, В	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5	1,5

Методические указания к выполнению задания № 2

Биполярным транзистором называют полупроводниковый прибор с двумя взаимодействующими электрическими переходами и тремя выводами, усилительные свойства которого обусловлены явлениями инжекции и экстракции неосновных носителей заряда.

Свойства транзистора описываются с помощью входных и выходных статических характеристик, а также с помощью параметров. Используя параметры, можно сравнивать качество транзисторов, решать задачи, связанные с применением транзисторов в различных схемах, и рассматривать эти схемы.

Все параметры можно разделить на собственные (или первичные) и вторичные. В настоящее время основными вторичными параметрами считаются смешанные (или гибридные) параметры, обозначаемые буквой , смешанными их называют, потому что среди них имеются безразмерные и размерные величины

Транзистор можно рассматривать как четырехполюсник, то есть прибор, имеющий два входных и два выходных зажима (рисунок 8).

Рисунок 8 – Транзисторный четырехполюсник

Вторичные параметры связывают входные и выходные переменные токи и напряжения: и . При низкой частоте приближенно считают, что можно пренебречь реактивными составляющими сопротивлений и проводимостей и рассматривать модули -параметров, поэтому их называют низкочастотными малосигнальными параметрами.

Функциональная связь между токами и напряжениями:

через -параметры выражается в виде:

,

где имеют определенный физический смысл.

– входное сопротивление в режиме КЗ по переменному току в выходной цепи;

– коэффициент усиления по току при постоянном напряжении на выходе и при КЗ (для переменного тока) на выходе;

– коэффициент обратной связи по напряжению в режиме ХХ по переменному току во входной цепи;

– выходная проводимость, определяемая в режиме ХХ по переменному току во входной цепи.

Для транзистора, представленного в виде четырехполюсника, -параметры зависят от схемы включения транзистора. Для каждой из схем используются соответствующие индексы Б (схема с общей базой), Э (схема с общим эмиттером), К (схема с общим коллектором). -параметры жестко связаны между собой, зная -параметры одной схемы включения, можно рассчитать -параметры других схем включения.

-параметры для любой рабочей точки транзистора могут быть определены по статическим характеристикам транзистора.

Графоаналитический метод расчета и исследование параметров рабочей точки в транзисторных каскадах представляет собой метод, основанный на непосредственном использовании ВАХ транзистора, представленных в графическом виде.

Например, для схемы транзисторного каскада с ОЭ (рисунок 9) семейство входных ВАХ представляет собой зависимость тока от напряжения при различных значениях напряжения

Рисунок 9 – Схема транзисторного каскада с ОЭ

В частности для одного из значений напряжения ВАХ имеет вид (рисунок 10):

.

Рисунок 10 – Входная ВАХ БТ для схемы с общим эмиттером

В связи со слабым влиянием коллекторного напряжения на положение базовой характеристики в нормальном режиме работы транзистора (при ) статические базовые характеристики, снятые при различных почти сливаются.

Семейство выходных ВАХ (рисунок 11) представляет собой зависимость тока коллектора от напряжения на коллекторе при различных значениях тока базы :

.

Рисунок 11 – Семейство выходных ВАХ БТ для схемы

с общим эмиттером

Для входной цепи транзистора, то есть для тока базы, можно записать следующие уравнения:

.

Решение системы в графическом виде представлено на рисунке 11.

Оно представляет собой точку пересечения линий 1 и 2. Кривая 1 представляет собой входную ВАХ транзистора (второе уравнение системы) при условии, что напряжение достаточно велико и его влиянием можно пренебречь. Прямая 2 является нагрузочной линией и описывается первым уравнением системы. Она отсекает на оси токов отрезок, численно равный току , а на оси напряжений – отрезок, численно равный напряжению .

Из семейства выходных характеристик необходимо выделить ту ВАХ, ток базы которой наиболее близок к полученной величине . Координаты точки пересечения – ток и напряжение – являются искомыми выходными током и напряжением рабочей точки транзистора.

При выполнении второго задания контрольной работы используем следующую методику.

Для определения -параметров достаточно иметь семейство входных и выходных статических характеристик БТ и координаты расчетной рабочей точки, которые должны быть одни и те же, как на графике с входными характеристиками, так и с выходными характеристиками.

Параметры и определяют по входным статическим характеристикам (рисунок 12 а). Для этого из определенной рабочей точки на линейной части характеристики проводят до пересечения с соседней характеристикой две прямые линии: одну – параллельно оси токов , другую параллельно оси напряжения . В полученном характеристическом треугольнике катет – приращение тока базы , а катет – приращение напряжения базы . Приращение напряжения коллектора – это разность напряжений, при которых снимались обе характеристики:

.

Из треугольника имеем

при

и

при .

Параметры и определяют по выходным статическим характеристикам (рисунок 12 б). Из рабочей точки проводят прямую, параллельно оси токов, до пересечения с соседней характеристикой, и определяют приращение тока коллектора (отрезок ) при . Приращение тока базы при этом составляет

,

отсюда

при .

Чтобы определить параметр из рабочей точки проводят прямую линию, параллельную оси напряжений, на произвольное расстояние , равное , и определяют значение , равное отрезку . В результате

.

Рисунок 12 – Графическое определение -параметров