Презентация ХХХ. Лекция 10. Динамический режим работы биполярного транзистора Динамический режим
 Скачать 0.73 Mb.
|
Компьютерная электроникаЛекция 10. Динамический режим работы биполярного транзистора Динамический режимДинамическим называется режим, при котором в выходную цепь транзистора включено сопротивление. Конденсатор С1 предназначен: 1 для подачи усиливаемого сигнала на вход транзисторного каскада; 2 устраняет связь по постоянному току; 3 исключает шунтирование базо- эмиттерного перехода транзистора. Токи и напряжения в каскаде определяются не только параметрами и характеристиками транзистора, но и параметрами и характеристиками примененных пассивных компонентов. Динамический режимНапряжение по постоянному току на коллекторе транзистора описывается соотношением: Uкэ = Eк - Iк*Rк, которое называется динамической характеристикой. Для построения динамической характеристики рассматривают два крайних случая: 1 Iк = 0, в этом случае Uкэ = Eк; 2 Uкэ = 0, в этом случае Iк max = Eк/ Rк. На оси абсцисс отложим отрезок, равный – напряжению источника питания коллекторной цепи, а на оси ординат - отрезок, соответствующий максимально возможному току в цепи Iк max. Между этими точками проведем динамическую характеристику. Динамический режимИз анализа статических характеристик транзистора и динамической характеристики каскада выделяют три режима работы транзистора: режим насыщения - оба перехода открыты, падение напряжение на транзисторе мало и равно Uкэ нас; режим отсечки - оба перехода закрыты, падение напряжение на транзисторе описывается соотношением Uкэ отс = Uкэ1 = Eк - Rк * Iкэ0 Eк ; активный режим – эмиттерный переход открыт, коллекторный закрыт. Каскад работает в режиме усиления электрических сигналов. Динамическая характеристика определяет возможные соотношения между токами и напряжениями в каскаде. Для определения конкретного тока и напряжения выбирают рабочую точку. Рабочей называется точка на динамической характеристики, которая определяет напряжение на транзисторе и ток, протекающий через него, при отсутствии входного сигнала. Рабочая точка характеризуется 4-мя параметрами: Uк0 , Iк0 и Iб0 - определяют по выходной динамической характеристике; Uб0 - определяют по входной динамической характеристике. Построение входной динамической характеристики затруднительно, поэтому для инженерных практических расчетов в качестве входной динамической характеристики принимается входная статическая характеристика при напряжении питания отличном от нуля. Поясним качественно усиление электрических сигналов с помощью транзистора. Для минимизации искажений рабочую точку выбирают в середине линейного участка входной характеристики. Тогда базовый ток будет изменяться по закону изменения входного напряжения Коллекторный ток Iк *Iб, поэтому он изменяется по закону изменения базового тока. Рабочая точка по переменному току перемещается по динамической характеристике, изменяется напряжение на коллекторе транзистора. В схеме увеличению входного сигнала соответствует увеличение базового тока, а следовательно, и коллекторного тока, а выходное напряжение при этом уменьшается. Из этого следует, что в этой схеме входное и выходное напряжение изменяются в противофазе. Переменная составляющая выходного напряжения проходит через разделительный конденсатор С2 и выделяется на нагрузке Rн. По постоянному и переменному току нагрузка каскада описывается соотношениями: R= = Rк; R = (Rк* Rн) / (Rк +Rн), поэтому динамические нагрузки по постоянному и переменному току проходят по разному. Из анализа рисунка следует, что подключение нагрузки уменьшает амплитуду выходного сигнала. Транзисторы в аппаратуре подвергаются нагреванию как за счет собственного тепла, выделяющегося при протекании по ним тока, так и за счет внешних источников тепла. Рассмотрим влияние температуры на параметры Т-образной эквивалентной схемы: 1/(1-) – существенно возрастает из-за увеличения времени жизни носителей заряда при возрастании температуры; rэ - линейно зависит от температуры, так как rэ=Т/Iэ, где Т = к*Т /е – температурный потенциал. При комнатной температуре (Т = 300К) Т T/11600=25 мВ; эк - линейно зависит от температуры через температурный потенциал; rб – возрастает из-за изменения удельного сопротивления материала полупроводника; rкRут – зависит, в основном, через диффузионную длину и должно возрастать при увеличении температуры. В районе комнатной температуры наблюдается спад из-за возрастания токов утечки. Наибольшее влияние на работу транзистора оказывает увеличение обратного тока закрытого перехода при возрастании температуры, которое, как известно, описывается соотношением: I0(T) = I0(T0) *2∆T/T*. Пусть, для примера, Iк0 = 4 мА, = 100, а Iкб0 = 1 мкА, а температура изменилась на 40С. У германиевого транзистора T* = 8 С. Тогда ток коллектора при повышенной температуре составит: в схеме ОБ Iк (Т) = Iк0 + Iкб0 (Т) = 4,032 мА; в схеме ОЭ Ik (Т) = Iк0 + Ikэ0 (Т) = 7,2 мА. В схеме ОЭ выходные характеристики и рабочая точка существенно изменяются, что может привести к заметным искажениям усиливаемого сигнала. Из анализа приведенного можно сделать вывод, что схема ОБ обладает заметно лучшими температурными свойствами. С повышением частоты усиление транзисторных каскадов снижается, главным образом, по трем причинам. 1 Шунтирующее действие барьерной емкости. С возрастанием частоты все большая часть генератора тока замыкается через барьерную емкость Ск. 2 Шунтирующее действие диффузионной емкости. С возрастанием частоты уменьшается падение напряжения на эмиттерном переходе, а ток эмиттера, как известно, зависит от этого напряжения. 3 Инерционные свойства, приводящие к отставанию тока коллектора от тока эмиттера. Третью причину проиллюстрируем векторными диаграммами. На более высокой частоте запаздывание тока Iк относительно тока IЭ ведет к появлению заметного сдвига фаз φ между этими токами. Теперь ток базы IБ равен геометрической разности токов IЭ и IК, вследствие чего он заметно увеличивается. Коэффициент β снижается. Коэффициент усиления по току в схеме ОБ и ОЭ описывается соответственно соотношениями: = IК / IЭ и = IК / IБ. Из анализа векторных диаграмм следует, что наиболее сильно возрастает базовый ток. Это позволяет сделать вывод о лучших частотных свойствах схемы ОБ. |