Динамічний режим роботи біполярний транзистора

На рисунку 10.1 приведена схема включення транзистора із загальним емітером.

У практичних схемах транзисторних підсилювачів у вихідний ланцюг транзистора поряд із джерелом живлення включають опір навантаження, а у вхідну - джерело посилюваного сигналу.

Режим роботи транзистора з навантаженням називається динамічним. У цьому режимі струми і напруги на виводах транзистора не залишаються постійними, а безупинно змінюються.

Напруга джерела живлення Ек розподіляється між дільницею колектор – емітер (виходом схеми) і навантажувальним опором Rк (згідно II закону Кирхгофа), так, що

Uке = Ек - Iк Rк, (10.1)

де Uке – вихідна напруга,В

Iк Rк- спадіння напруги на Rк,В

Вираз 10.1 являє собою рівняння динамічного режиму для вихідного ланцюга. Зміни напруги на вході транзистора викликають зміни струму емітера, бази, а отже, і колектора. Це приводить до зміни спадання напруги на Rк, у результаті чого змінюється напруга Uке.

Живлення транзистора в схемах із СЕ провадиться від одного джерела Ек. Напруга на емітерний перехід подається через резистор Rб у ланцюзі бази. Величина опору цього резистора визначає величину постійного струму бази транзистора при відсутності вхідного сигналу.

Характеристики транзистора, що знаходиться в динамічному режимі, відрізняються від характеристик статичного режиму, тому що вони визначаються не тільки властивостями самого транзистора, але і властивостями елементів схеми.

Найбільше часто використовуються вихідні і вхідні динамічні характеристики.

На рис. 10.1, б зображені вихідні статичні характеристики транзистора і приведена динамічна характеристика АВ (навантажувальна пряма), що відповідає опору навантаження Rк.

Положення навантажувальної прямої на статичних характеристиках однозначно визначається напругою джерела живлення Ек і опором резистора Rк. Точка В перетинання навантажувальної прямої з віссю напруг збігається з точкою, у якій напруга на колекторі дорівнює Ек. Дійсно, ця точка відповідає випадку, коли струм колектора дорівнює нулю. При цьому струм у навантажувальному опорі відсутній і спадання напруги на опорі навантаження дорівнює 0. Отже, уся напруга джерела живлення Ек виявляється прикладеною до дільниці колектор – емітер транзистора.

Точка А перетинання навантажувальної прямої з віссю струмів збігається з точкою, для якої задовольняється умова

, (10.2)

тому що струм колектора у випадку, якби транзистор можна було відкрити цілком (або закоротити), обмежувався б тільки величиною опору Rк.

Усі проміжні положення точок на лінії навантаження характеризують можливі напруги і струми у відповідних ланцюгах транзистора при подачі сигналу з урахуванням опору навантаження. Будь-якому струму бази відповідають цілком визначені значення струму колектора і колекторної напруги. Наприклад, якщо в режимі спокою (до надходження вхідного сигналу) був установлений струм бази I_б, то робоча точка Р на навантажувальній прямій укаже відповідні цьому струму значення I_бр і U_КЭр (рис. 10.1, б).

Вхідна динамічна характеристика являє собою залежність вхідного струму від вхідної напруги в динамічному режимі.

Щоб побудувати вхідну динамічну характеристику, потрібно для кожної напруги на колекторі (для якої є статична вхідна характеристика) визначити по вихідній динамічній характеристиці відповідний струм бази.

Точки перетину лінії навантаження з будь-якою ВАХ називаються робочими точками і відповідають певним значенням вихідного струму та вихідної напруги. Якщо, наприклад, І_б=І_бр=І_б0, то цьому відповідає точ­ка Р, для якої U_вих= U_0к, І_вих=І_ко.

1. Коли робоча точка лежить у межах відрізка АБ, транзистор працює в активному (підсилювальному) режимі, де змінам вхідного сигналу відповідають пропорційні зміни вихідного.

2. Якщо робочу точку намагатися задати нижче точки Б, транзистор переходить до режиму відсіченння, якому відповідає власне точка Б (транзистор тут відтинає протікання струму у силовому колі).

3. Якщо ж робочу точку задавати вище точки А - транзистор знахо­диться в режимі насичення, якому і 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

(10.3)

Для того щоб транзистор увійшов до режиму насичення, необхідно забезпечити струм бази не менший за

(10.4)

Ступінь насичення характеризується коефіцієнтом насичення

(10.5)

В режимі насичення S> 1, тому що тут І_Б>І_БН

В активному режимі S < 1.

Параметри біполярних транзисторів:

- максимально допустимий струм колектора І_кmax, А;

- допустима робоча напруга U_KE, В;

- коефіцієнт передачі по струму b;

- допустима потужність на колекторі Р:

а) якщо Рк< 0,3 Вт, то маємо транзистор малої потужності;

б) якщо Р= 0,3+1,5 Вт - середньої потуж­ності;

в) якщо Рк>1,5 Вт - великої потужності.