Статичний режим роботи транзисторного каскаду

Для правильної роботи підсилювального транзисторного каскаду необхідно в його вхідному та вихідному колі попередньо встановити певні значення вхідного та вихідного струму. Цей початковий режим називається також статичним (або режимом постійного струму, режимом спокою). Як видно із вхідної характеристики, проміжок база-емітер має односторонню провідність. Тому для підсилення

змінного струму, який приймає як додатні, так і від’ємні значення, необхідно попередньо встановити

деякий початковий струм бази

Iб 0

з відповідною йому початковою вхідною напругою

U б 0. На схемі

рис. 5.5.4 цей режим забезпечується тим, що база під'єднується до джерела колекторної напруги ε k

резистор Rб. Таким чином, початковий струм бази

ε k

через

Іб 0 =

Rб

. (10.5.8)

У цій формулі не враховано опір проміжку база-емітер, оскільки він значно менший від опору

Rб.

Розділовий конденсатор

C 1 запобігає проникненню сталого струму в джерело вхідного сигналу. Для

вихідного кола подібну функцію виконує конденсатор C 2.

Зв'язок вихідного струму I k

і напруги

Uek

має вигляд

ε k = Ik Rk + Uek, де

Rk – колекторне

навантаження каскаду. З попередньої формули отримуємо вираз

ε− U

R

k

I = k ek, (10.5.9)

k

який описує рівняння прямої – лінії статичного навантаження. Графік її будується з використанням

координат двох крайніх точок. Якщо транзистор закритий, тобто знайдемо, поклавши U ke = 0, тобто струм має максимальне значення

ε k

I k = 0, то

Uek = ε k. Наступну точку

I k. max =

Rk

. 10.5.10)

Залежно від режиму роботи каскаду робоча точка М, яка відповідає значенням

I k 0, U ek 0, може

знаходитись у будь-якому місці на лінії статичного навантаження. У найпростішому варіанті вона розміщується приблизно посередині відрізка, рис. 10.5.5. б, тобто

Ik 0

= Ik.max =

ε k

ε

, (10.5.11)

k

2 Rk

Uk 0 =

. (10.5.12)

Лінію навантаження побудовано для значень

ε k = 40 B,

Rk = 400 Oм. Отримуємо

U ке 0 = 20 B і

I k 0 = 50 мА. З вихідної характеристики знаходимо, що необхідне значення початкового колекторного струму забезпечується струмом бази I б 0 = 2. 5 мА. Тобто величина баластного опору Rб

Rб =

40 В

2. 5 мА

= 16 кОм.

Рис. 10.5.5. Характеристики р-п-р транзистора: а) вхідна; б) вихідна.

В цій схемі вихідна напруга знімається з електродів транзистора (між колектором і емітером) у зв’язку з тим, що емітер транзистора заземлюється, що дозволяє мати заземленим один з полюсів як

джерела сигналу, так і навантаження. Диференціюючи (10.5.9), отримуємо

dI k Rk = − dU ek, тобто змінні

напруги на колектроному навантаженні Rk

знаходяться у протилежних фазах.

та на транзисторі рівні за абсолютною величиною, але

10.6 Термоелектричний струм (явище Зеєбека)

В наступних трьох параграфах розглядається група споріднених явищ, які мають спільну назву термоелектричних явищ. До них відноситься ефект Зеєбека (термоелектричний струм), обернений до нього ефект Пельтьє (електротермічний ефект) та ефект Томсона, який споріднений з ефектом Пельтьє.

Термоелектрорушійна сила

Ефект Зеєбека полягає у виникненні струму в замкненому колі, складеному з декількох провідників і/або напівпровідників із різним хімічним складом, якщо контакти між ними знаходяться при різних температурах. Це явище відкрив німецький учений Томас Зеєбек у 1821 р. на термопарі мідь-вісмут. Електрорушійна сила, що виникає в цій системі, називається термоелектрорушійною силою (ТЕРС).

На рис. 10.6.1 замкнене коло складається із двох відмінних за хімічним складом провідників

(метали, напівпровідники) А та Б. Інтеграл ∫ E стор dl

визначає електрорушійну силу в замкненому колі, де

Eстор

– напруженість сторонніх сил. Якщо температура контактів однакова, то інтеграл дорівнює нулеві,

оскільки внутрішня різниця потенціалів на контактах має однакове значення і протилежні знаки. В колі з більшим числом провідників при однаковій температурі контактів матимемо аналогічний результат,

тобто

∑ Δϕ i =0, (10.6.1) де і – номер контакту. Властивість, описана формулою (10.6.1), була відкрита італійським ученим Вольта в 1797 р. й отримала назву закону послідовних контактів Вольта. Цьому законові підпорядковуються

лише провідники першого роду, тобто метали та напівпровідники. Для кола, в яке включено електроліт –

провідник другого роду, цей закон не виконується, тобто сума в (10.6.1) не дорівнює нулю навіть, якщо всі контакти знаходяться при однаковій температурі (п. 10.10).

Рис. 10.6.1. Виникнення термоелектричного струму.

Якщо температура контактів неоднакова, то внутрішня контактна різниця потенціалів на них має різні значення. Мірою ефекту є величина ТЕРС, яка залежить як від природи матеріалів, що контактують,

так і від температури на контактах ε T = f (T 1 ,T 2). Диференціальною характеристикою термоелектричного

ефекту є коефіцієнт ТЕРС, який визначається похідною

α12 =

d ε. (10.6.2)

dT

Графіки залежностей ТЕРС від різниці температур спаїв для деяких термопар можна бачити на

рис. 10.6.2. Температура одного зі спаїв дорівнює

0o C. Видно, що в широкому інтервалі температур ця

залежність помітно відхиляється від лінійної, тобто коефіцієнт ТЕРС залежить від температури.

Існує декілька механізмів виникнення ТЕРС: 1) залежність енергії Фермі від температури – контактна компонента ТЕРС; 2) виникнення напрямленого потоку носіїв у однорідному провіднику, в якому існує градієнт температури – дифузійна або об’ємна компонента ТЕРС; 3) затягування зарядів

фононами – квантами коливань кристалічної ґратки.

Рис. 10.6.2. ТермоЕРС деяких термопар: 1) платина-платинородій; 2) хромель-алюмель; 3) залізо-