ПІДСИЛЮВАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ БТ. ДИНАМІЧНИЙ РЕЖИМ РОБОТИ БТ
Статичні характеристики БТ – це залежності між струмами та напругами на вході та виході БТ.
Статичними називають тому, бо один з параметрів залишається постійним.
Використовують 2 види статичних характеристик:
- вхідні Івх = f(Uвх) при Uвх = const;
- вихідні Івих = f(Uвих) при Івх = const.
Схема з спільною базою (СБ) (рис.28,а).
Вхідні характеристики ІЕ = f(UЕБ), при UКБ = const (рис.29,а) - Івх = ІЕ, Uвх = UЕБ
а) б)
Рисунок 28 – Вхідні (а) та вихідні б) характеристики p-n-p транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером
UКБ слабо впливае на величину ІЕ, бо діє на Кp-n (колекторному переході). Тому характеристики, що зняті при UКБ = 0 практично співпадають.
При UКБ = 0 – характеристика прямо включеного p-n переходу.
Вихідні характеристики ІК = f(UКБ) (рис.29,б) - ІЕ = const Івих = Ік, Uвих = UКБ
ІК – зворотний струм колекторного p-n- переходу. Він створюється за рахунок дифузії носіїв зарядів, що проникають із емітера через базу в колектор. Тому величина ІК визначається величиною ІЕ і майже не залежить від величини UКБ.
Характеристики майже паралельні осі напруг.
Навіть при UКБ = 0 відбувається явище екстракції і струм колектора може мати велику величину, що залежить від струму емітера (ІК = α ІЕ), тобто колекторний p-n перехід прискорює неосновні носії бази. Чим вище ІЕ, тим більш носіїв переходять до колектора. Тому вихідні характеристики не проходять через 0 (окрім ІЕ = 0). При ІЕ = 0 – характеристика зворотного струму p-n переходу (режим відсічки).
|
|
|
При деякій UКБ починається пробій колекторного p-n переходу (характеристики закручуються догори).
При зміні полярності UКБ струм колектора ІК спочатку різко зменшується і досягає нуля при значеннях UКБ порядку десятих вольта. Колекторний p-n перехід включений у прямому напрямку (режим насичення), ІК міняє свій напрямок і швидко збільшується. При цьому транзистор може вийти з ладу.
На рис.30 подано вхідні ІБ = f(UБЕ), при UКЕ = const і вихідні ІК = f(UКЕ), при ІБ = const характеристики для транзистора типу p-n-p, увімкненого за схемою зі спільним емітером. Характеристики транзистора використовують для вибору робочої точки в схемах підсилювачів сигналів.
а) б) в)
Рисунок 30 – Вхідні (а) та вихідні б) характеристики p-n-p транзистора, увімкненого за схемою зі спільним емітером
Схема з спільним емітером (СЕ) - Івх = ІБ, Uвх = UБЕ, Івих = ІК, Uвих = UКЕ
Вхідні характеристики ІБ = f(UБЕ), при UКЕ = const.
|
|
|
Чим більше UКЕ, тим менше ІБ, так як збільшується напруга, прикладена до колекторного p-n- переходу в зворотному напрямку, зменшується рекомбінація носіїв в базі і більша їх частина утягується до колектора.
Вихідні характеристики ІК = f(UКЕ), при ІБ = const.
З рис.30,в для схеми зі СЕ напруга на колекторному p-n переході дорівнює
UКБ = UКЕ - UБЕ,
так як ці напруги між точками колектора включені зустрічно.
Тому при |UКЕ| < |UБЕ| колекторний p-n- перехід включений прямо. Тому на ділянці ОА від UКЕ = 0 до |UКЕ| = |UБЕ| крутизна на вихідних характеристиках велика. На ділянці |UКЕ| > UБЕ| крутизна вихідних характеристик зменшується і вони майже паралельні осі абсцис - маємо залежність зворотнього струму від зворотної напруги.
Положення кожної з вихідних характеристик залежить від величини струму бази ІБ.
Так як схема з СК не використовується для підсилення, то статичні характеристики для неї не приводяться.
Підсилювальні властивості БТ - підсилення це керування потужним вихідним сигналом за допомогою малих витрат енергії у вхідному колі.
Підсилювальні властивості БТ базуються на перетворенні опору зворотньо зміщеного p-n переходу (рис.31).
Транзистор - перетворювач опору.
Рисунок 31- Схема підключення джерел живлення та навантаження до БТ
|
|
|
RЕp-n малий – ОМ – пряме включеня.
RКp-n великий – сотні МОм – зворотне включення.
Тому в коло колектора можна включити RН = 1 МОм, практично не змінюючи ІК. Повний струм колектора дорівнює:
ІК = α ІЕ + ІКБ0.
Без інжекції ІЕ = 0, ІК = ІКБ0 (дуже малий).
У результаті інжекції ІК збільшується:
ІК = α ІЕ ≈ ІЕ.
Так як при цьому напруга Е2 залишалася пстійною, то за законом Ома така зміна струму колектору ІК можлива тільки у результаті різкого зменшення опору колекторного p-n переходу Кp-n .
У вихідному колі
Е2 = UКp-n + URн = ІК ∙ RKp-n + ІК ∙ RН, (1)
Так як при інжекції R Кp-n малий (R Кp-n << RН), то ІК ∙ RKp-n можна знехтувати і Е2 буде повністю прикладена до навантаження:
Е2 = Uвих = ІК ∙ RН.
У вхідному колі
Е1 = Uвх = ІЕ ∙ RЕp-n, (2)
Порівняємо (1) і (2).
Так як ІК ≈ ІЕ , а RН >> RЕp-n (пряме включення), то з рівнянь (1) та (2)
Uвих >> Uвх.
|
|
|
Тобто БТ підсилює напругу вхідного сигналу.
Е2 >> Е1.
Рвих = Uвих ∙ Івих = ІК ∙ Uвих.
Рвх = Uвх ∙ Івх = ІЕ ∙ Uвх.
Так як ІК< ІЕ, а Uвих >> Uвх, то
Рвих >> Рвх,
тобто БТ підсилює потужність вхідного сигналу.
У практичних схемах транзисторних підсилювачів у вихідний ланцюг транзистора разом з джерелом живлення включають опір навантаження, а у вхідний — джерело підсилюваного сигналу.
Режим роботи транзистора з навантаженням називається динамічним. У цьому режимі струми і напруги на електродах транзистора не залишаються постійними, а безперервно змінюються. Розглянемо роботу транзистора, включеного за схемою зі спільним емітером, в динамічному режимі (рис. 32, а).
Рисунок 32 – Динамічний режим роботи транзистора: а – схема включеня; б – динамічна характеристика у сімействі статичних вихідних характеристик; в – вхідна динамічна характерстика
У цій схемі напруга джерела живлення Ек розподіляється між ділянкою колектор - емітер (виходом схеми) і опором навантаження Rн так, що напруга
UКЕ = ЕК- IКRК. (1)
Вираз (1) є рівнянням динамічного режиму для вихідного ланцюга. Зміни напруги на вході транзистора викликають відповідні зміни струму емітера, бази, а отже, і струму колектора IК. Це приводить до зміни напруги на RН, внаслідок чого змінюється і напруга UКЕ.
Схеми зі спільним емітером мають одно джерело ЕК для живлення транзистора.
Напруга на емітерний перехід подається через резистор RБ у ланцюзі бази. Величина опору цього резистора визначає початкову величину постійного струму бази транзистора за відсутності вхідного сигналу. Характеристики транзистора в динамічному режимі, відрізняються від характеристик статичного режиму, оскільки вони визначаються не тільки властивостями самого транзистора, але і властивостями елементів схеми.
Найчастіше використовуються вихідні і вхідні динамічні характеристики.
На рис. 32,б зображені вихідні статичні характеристики транзистора і приведена динамічна характеристика (пряма навантаження) АВ, відповідна опору навантаження RК.
Положення прямої навантаження на статичних характеристиках однозначно визначається напругою джерела живлення EК і опором резистора RК.
Точка В ІК = 0; UКЕ = ЕК - режим холостого ходу х.х. (за рівнянням 1)
При цьому струм в опорі навантаження відсутній і падіння напруги на опорі навантаження рівне нулю. Отже, вся напруга джерела живлення ЕК виявляється прикладеною до ділянки колектор - емітер транзистора.
Точка А UКЕ = 0; ІК = ЕК / RК – режим короткого замикання к.з., оскільки струм колектора у випадку, якщо б транзистор можна було відкрити повністю (або закоротить), обмежувався б тільки величиною опору RК.
Точки перетину лінії навантаження з будь-якою ВАХ називаються робочими точками і відповідають певним значенням вихідного струму та вихідної напруги.
Наприклад, якщо в режимі спокою (до надходження вхідного сигналу) був встановлений струм бази ІБ = ІБ0 то цьому відповідає робоча точка Р на прямій навантаження, для якої Івих =ІК0 , Uвих =UК0 (рис. 32, б).
Нахил навантажувальної прямої залежить від RК. Чим більше RК. тим менше кут нахилу.
Вхідна динамічна характеристика є залежністю вхідного струму від вхідної напруги в динамічному режимі (рис. 32; в).
Щоб побудувати вхідну динамічну характеристику, потрібно для кожної напруги на колекторі (для якої маємо статичну вхідну характеристику) визначити по вихідній динамічній характеристиці відповідний струм бази. Потім на вхідних статичних характеристиках відмітити точки, які відповідають знайденим значенням струмів бази. Якщо тепер з'єднати ці точки А´ , Р´, В´ (рис.32,в) плавній лінією , то одержимо вхідну динамічну характеристику транзистора. Для спрощення аналізу роботи і розрахунків транзисторного каскаду вхідну динамічну характеристику не будують, а використовують одну з вхідних статичних, яка відповідає деякої напруги на колекторі не рівної нулю і приймають за динамічну.
Коли робоча точка лежить у межах відрізка АВ, транзистор працює у активному режимі (підсилювальному), де змінам вхідного сигналу відповідають пропорційні зміни вихідного.
Якщо робочу точку намагатися задати нижче точки В, транзистор переходить до режиму відтинання, якому відповідає власне точка В (транзистор тут відтинає протікання струму у силовому колі).
Якщо робочу точку задавати вище точки А – транзистор знаходиться в режимі насичення, якому відповідає точка А.
Взагалі режимом насичення називають такий режим, коли подальшому збільшенню вхідної дії не відповідає збільшення вихідної реакції, що досягла деякого значення.
У режимі насичення через транзистор протікає струм
ІКH = ЕК / RК .
Для тоо щоб транзистор увійшов до режиму насичення, необхідно забезпечити струм бази не менший за ІБH = ІКH / β.
Ступінь насичення характеризується коефіцієнтом насичення
S = ІБ / ІБH (S>1, тому що ІБ > ІБH).
У активному режимі S <1.
ДОМАШНЄ ЗАВДАННЯ:
І Чому транзистор навивають "біполярним"?
2 За рахунок якого явища відбувається у біполярному транзисторі керування вихідним струмом?
3 Чи впливав величина вхідногоструму біполярного транзистора на величину його вихідного струму?
4 Визначити струм бази БТ КТ815 А, увімкненого за схемою зі СЕ, якщо у відкритому стані струм колектора 1,2 А, передатний коефіцієнт за струмом 50.
ВИКЛАДАЧ– Ковальова Т.І.
ЛЕКЦІЯ № 11, №12, 13 (6 год.)
ТЕМА 2.4 Транзистори
МЕТА:
- навчальна: ознайомити студентів із польовими транзисторами;
- розвиваюча: розширити світогляд студентів, поглибити вивчене для систематизації та узагальнення фундаментальних знань щодо основних характеристик та параметрів ПТ; розвивати вміння самостійно застосовувати знання до вирішення практичних завдань;
- виховна: виховувати увагу, логічне мислення, впевненість у вирішенні практичних завдань:
ОБЛАДНАННЯ: дошка, схеми, характеристики
ПЛАН
1 Польові транзистори (ПТ), їх особливості і побудова. ПТ з керуючим p-n-переходом.
2 МДН (МОН)- транзистори з вбудованим каналом.
3 МДН (МОН) -транзистори з индукованим каналом.
ЗМІСТ ЛЕКЦІЇ
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1080; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!