Вычисление параметров биполярного транзистора по входным и выходным характеристикам

• Название: Вычисление параметров биполярного транзистора по входным и выходным характеристикам
• Дата: 03.11.2020
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: RGZ_Zadachi_po_tranzistoram_b57d629236947877978f6dac12b26868.doc
• Тип: Документы; #147773

Вычисление параметров биполярного транзистора по входным и выходным характеристикам

При включении транзистора с общим эмиттером управляющим является ток базы Iб, а при включении с общей базой – ток эмиттера Iэ.

В схеме с общей базой связь между приращениями тока эмиттера ΔIэ и тока коллектора Δ Iк характеризуется коэффициентом передачи тока h21б

h21б =ΔIк / ΔIэ при UКб = const,

где Uкб – напряжение между коллектором и базой.

Коэффициент передачи всегда меньше единицы. Для современных биполярных транзисторов h21б = 0,9 -:- 0,995.

Коэффициент усилия по току h21э в схеме включения транзистора с общим эмиттером определяется как отношение приращения тока коллектора ΔIк к приращению тока базы Δ Iб.

Для современных транзисторов h21э имеет значение 20 – 200.

h21э = ΔIк / ΔIб при Uкэ = const,

где Uкэ – напряжение между коллектором и эмиттером.

Ток коллектора при включении с общим эмиттером Iк = h21эIб. Между коэффициентами h21б и h21э существует следующая связь:

h21б = h21э / (1+ h21э) или h21э = h21б / (1- h21б).

Мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора, определяется по формуле Pк = Uкэ * Iк.

Пример 1

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, определить коэффициент усиления h21э, по его входной и выходным характеристикам показанных на рисунке, если Uбэ =0,4 В, Uкэ =25 В. Рассчитать коэффициент передачи по току h21б и мощность Рк на коллекторе.



Алгоритм и пример решения

1. 
   По входной характеристике определить при Uбэ = 0,4 В ток базы Iб = 500мкА.
   
2. 
   По выходным характеристикам для Uкэ = 25 В и Iб = 500 мкА определить ток коллектор Iк = 36мА.
   
3. 
   На выходных характеристиках построить отрезок АВ, из которого найти: ΔIк = АВ = Iк1 – Iк2 = 36 – 28 = 8мА;
   

Δ Iб = АВ = Iб1 – Iб2 = 500 – 400 = 100мкА = 0,1мА.

4. 
   Определить коэффициент усиления: h21э = ΔIк / ΔIб = 8/0,1 = 80.
   
5. 
   Определить коэффициент передачи по току
   

h21б = h21э/ (h21э +1) = 80/ (80+1) = 0,98.

6. 
   Определить мощность на коллекторе
   

Pк = Uкэ Iк = 25*36 = 900мВт = 0,9 Вт.

Пример 2

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, найти ток базы Iб, ток коллектора Iк и напряжение на коллекторе Uкэ, если напряжение Uбэ=0,3B, напряжение питания Ек=20B, сопротивление нагрузки в цепи коллектора Rk=0,8 кОм. Входные и выходные характеристики транзистора показаны на рисунке.


Пояснение

Для коллекторной цепи усилительного каскада в соответствии со вторым законом Кирхгофа можно написать уравнение

Eк = Uкэ + Iк Rк,

т.е. сумма напряжений на резисторе Rк и коллекторного напряжения Uкэ всегда равна Eк – э.д.с. источника питания.

Расчет такой нелинейной цепи, т.е. определение Iк и Uкэ для различных значений токов базы Iб и сопротивления резистора Rк можно произвести графически. Для этого на семействе выходных характеристик необходимо повести из точки Ек на оси абсцисс вольтамперную характеристику резистора Rк, удовлетворяющую уравнению Uкэ = Eк - Iк Rк.

Эту характеристику удобно строит по двум точкам: Uкэ = Eк при Iк = 0 на оси абсцисс и Iк = Eк / Rк при Uкэ = 0 на оси ординат.

Построенную таким образом вольтамперную характеристику коллекторного резистора Rк называют линией нагрузки. Точки ее пересечения с коллекторными выходными характеристиками дают графическое решение уравнения для данного резистора Rк и различных значений тока базы .

Алгоритм и пример решения

1. 
   Отложить на оси абсцисс точку Uкэ = Eк = 20 В, а на оси ординат – точку, соответствующую Iк = Eк / Rк = 20/800 = 0,025 А = 25мА.
   

Здесь Rк = 0,8 кОм, кОм = 800 Ом.

2. 
   Соединить эти точки прямой – получается линия нагрузки.
   
3. 
   Найти на входной характеристике для Uбэ = 0,3 В ток базы Iб = 250 мкА.
   
4. 
   Найти на выходных характеристиках точку А при пересечении линии нагрузки с характеристикой, соответствующей Iб = 250 мкА.
   
5. 
   Определить для точки А ток коллектора Iк = 17 мА и напряжение Uкэ =7В
   

Пример 3

Мощность на коллекторе транзистора Pк=6Вт, напряжение на коллекторе Uкэ=30Вт; напряжение питания Ек=40В. Используя выходные характеристики показанные на рисунке, определить ток базы Iб, коэффициент усиления h21э и сопротивление нагрузки Rк.



Алгоритм и пример решения

1. 
   Определить ток коллектора Iк:
   

Iк = Рк / Uкэ = 6/30 = 0,2 А.

2. 
   Найти на выходных характеристиках точку А, соответствующую Iк = 0,2 А и Uкэ = 30 В.
   

Из рисунка видно, что точка А лежит на характеристике для Iб =2 мА.

3. 
   Соединить прямой точку А и точку на оси абсцисс, соответствующую Eк = 40 В.
   

На пересечении прямой с осью ординат получается точка Iк1 = 0,8 А.

4. 
   Определить Rк:
   

Rк = Eк/ Iк1 = 40/0,8 = 50 Ом.

5. 
   На выходных характеристиках построить отрезок АВ, из которого можно найти:
   

ΔIк = АВ = 0,4 – 0,2 = 0,2 А = 200 мА;

Δ Iб = АВ = 4 – 2 = 2 мА.

6. 
   Определить коэффициент усиления транзистора:
   

h21э = ΔIк / ΔIб = 200/2 = 100.

Примечание. Обратите внимание, что в таблицах вариантов работы не указана размерность токов базы Iб и токов коллектора Iк, так как на рис., где изображены входные и выходные характеристики транзисторов, эти токи имеют различную размерность: амперы – А, миллиамперы – мА и микроамперы – мкА.

Варианты 1-10

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, используя входную и выходные характеристики, определить коэффициент усиления h_21Э, значение напряжения на коллекторе Uкэ мощность на коллекторе Рк, если дано напряжение на базе Uб (В), значение сопротивления нагрузки Rк (кОм) и напряжение источника питания Ек (В). Данные для своего варианта взять из таблицы.



Рис. Схема включения транзистора по схеме с ОЭ.

Номер варианта	Uбэ, В	Rк, кОм	Eк, В
1	0,4	0,05	40
2	0,15	0,2	40
3	0,15	0,1	40
4	0,1	0,05	40
5	0,15	1	40
6	0,25	10	20
7	0,3	0,1	20
8	0,3	5	40
9	0,25	1	40
10	0,2	1	20

Варианты 11-20

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, заданы напряжение на базе Uбэ (В), напряжения на коллекторе Uкэ (В) и напряжение источника питания Ек (В). Определить, используя входную и выходные характеристики, ток коллектора Iк, коэффициент усиления h_21Э, сопротивления нагрузки Rк и мощность на коллекторе Рк. Данные для своего варианта взять из таблицы.



Рис. Схема включения транзистора по схеме с ОЭ.

Номер варианта	Uбэ, В	Uкэ, В	Eк, В
11	0,4	20	40
12	0,2	15	40
13	0,2	20	40
14	0,25	10	40
15	0,2	15	40
16	0,25	10	20
17	0,3	5	20
18	0,3	20	40
19	0,3	15	40
20	0,25	10	20

Варианты 21-30

Для транзистора, включенного по схеме с общим эмиттером, определить по выходным характеристикам коэффициент усиления h_21Э, значение сопротивления нагрузки Rк и мощность на коллекторе Рк для значений тока базы Iб, если напряжение на коллекторе Uк (В) и напряжение источника питания Ек (В). Данные для своего варианта взять из таблицы.


Рис. Схема включения транзистора по схеме с ОЭ.

Номер варианта	Iб, мА (мкА)	Uкэ, В	Eк, В
21	2	20	40
22	1	25	40
23	6	15	40
24	10	20	40
25	0,6	15	40
26	20	10	20
27	0,5	10	20
28	60	15	40
29	100	20	40
30	150	10	20

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 1,11,21).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 2,12,22).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 3,13,23).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 4,14,24).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 5,15,25).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 6,16,26).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 7,17,27).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 8,18,28).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 9,19,29).

Рис. Входная и выходные характеристики транзистора (вариант 10,20,30).