Методические указания по выполнению задачи 3

3.6.1. Составьте таблицу с вариантом своего задания по типу таблицы 3.

3.6.2. Из приложения Б выпишите справочные данные указанного в варианте транзистора.

3.6.3. Запишите определение биполярного транзистора.

3.6.4. Выберите схему, соответствующую структуре вашего транзистора и приведите ее в работе. Укажите полярности источников питания. Схемы включения р-n-р и n-р-n транзисторов с двумя источниками питания даны в приложении Б.

3.6.5. Обозначьте пути прохождения токов I_э, I_к , I_б. Для этого требуется запись соотношения, связывающего три тока I_э = I_к + I_б, из которого следует, что I_к и I_б являются составляющими частями I_э. Токи должны протекать по цепи своего электрода.

3.6.6. Найдите в справочнике [7] графики входной и выходной характеристик вашего транзистора. Постройте эти характеристики по точкам на миллиметровой бумаге или бумаге в клетку и приведите их в работе.

3.6.7. Постройте на графике семейства выходных характеристик вашего транзистора нагрузочную прямую и найдите координаты рабочей точки. При этом транзистор рассматривается в активном нагрузочном режиме. Следовательно, в его выходной цепи включено сопротивление нагрузки.

Для выходной цепи есть соотношение U_кэ = Е_к – I_кR_н, называемое уравнением нагрузочной прямой. Для ее построения нужны две точки.

Условием варианта могут быть заданы две из трех следующих точек: рабочая точка (р.т.), точка пересечения нагрузочной прямой с осью напряжения (М), точка пересечения нагрузочной прямой с осью токов (см. рисунок 3). Точка М имеет координаты: U_кэм = Е_к; I_км =0. Точка N имеет координаты:

.

Следовательно, если известны Е_к и R_н, то нагрузочная прямая строится по точкам М и N. Рабочая точка (р.т.) в этом случае находится на пересечении нагрузочной прямой со статической выходной характеристикой при заданном токе базы I_брт или с перпендикуляром, восстановленным из точки на оси напряжения с U_кэ = U_кэрт. Рабочая точка может быть задана различными исходными данными в зависимости от варианта.

В целом рабочая точка характеризуется четырьмя величинами: I_крт; U_кэрт; I_бр.т.; U_бэр.т. Однако достаточно двух из этих величин, чтобы определить ее положение на выходных характеристиках. Отметив р.т. на выходных характеристиках, определите из графика (или из исходных данных) и запишите значение I_крт и U_кэрт.

Рисунок 3 – Выходные характеристики транзистора

Если в таблице данных имеется величина Е_к, нагрузочную прямую проводите через точку р.т и точку М. Если задано сопротивление нагрузки R_н, то сначала определите Е_к = U_кэрт + I_крт × R_н. После этого стройте прямую по р.т. и т.М. Обратите внимание на то, что напряжение источника питания Е_к распределяется между транзистором (U_кэр.т.) и нагрузкой (U_Rн). Отметьте эти напряжения на графиках выходных характеристик.

3.6.8. Имея положение р.т. на выходных характеристиках и зная теперь величины U_кэр.т и I_брт (рисунок 3), перенесите ее на входную характеристику при U_кэр.т.>0 (рисунок 4).

Даже если U_кэрт не равно тому U_кэ, при котором приведена справочная входная характеристика, рабочую точку все равно расположите на имеющейся характеристике. Это допустимо с достаточной степенью точности. Рабочая точка будет находится на пересечении перпендикуляра, восстановленного из точки на оси токов базы с I_б = I_брт с самой входной характеристикой.

Определите на графике U_бэрт. Координаты р.т. на входной и выходных характеристиках определяют режим работы транзистора. Выпишите величины I_кр.т.; U_кэр.т; I_бр.т; U_бэр.т.

Рисунок 4 – Входная характеристика транзистора

Таблица 4

Задаваясь произвольно значениями U_кэ, рассчитайте соответствующую величину тока I_к для пяти-семи точек. Заполните таблицу. По данным таблицы на выходных характеристиках постройте линию допустимых режимов.

Если рабочая точка находится ниже этой линии, то режим транзистора допустим для использования, если выше – недопустим. По графику сделайте вывод о допустимости использования заданного режима работы транзистора.

3.6.10. В импульсных устройствах транзисторы используются в режимах отсечки и насыщения. Режимом отсечки называется такой режим, при котором оба перехода транзистора смещены в обратном напряжении; режимом насыщения – такой, при котором оба перехода смещены в прямом направлении.

На рисунке 3 указаны области выходных характеристик, соответствующие режимам отсечки и насыщения. Обозначьте их на своем графике в контрольной работе.

3.6.11. Пользуясь данными таблицы 3 графа 9, произведите расчет параметров транзистора по статическим характеристикам транзистора.

В связи с тем, что основные параметры транзистора являются дифференциальными и сильно зависят от положения рабочей точки, их определяют по входным и выходным статическим характеристикам.

Входное сопротивление транзистора R_вх при токе коллектора в десятки миллиампер находят графически, проводя касательную к входной статической характеристике через рабочую точку, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5 – Входная характеристика и способ определения Rвх по ней

Котангенс угла наклона касательной с осью абсцисс пропорционален входному сопротивлению транзистора.

На этой касательной строят прямоугольный треугольник NMF и отмечают отрезки соответствующие ΔI_Б и ΔU_БЭ.

Входное сопротивление вычисляется по формуле

Рисунок 6 – Графический анализ работы каскада ОЭ с помощью характеристик транзистора: а – выходных; б – входной

С появлением в цепи базы переменного тока в цепи коллектора возникает переменная составляющая коллекторного тока, создающая на резисторе нагрузки R_н переменное падение напряжения u_вых.

Найдя амплитуды входных и выходных напряжений и токов, рассчитываются входная P _вх и выходная P _вых мощности по переменному току, коэффициенты усиления по току k_i, напряжению k_u, мощности k_р, а также малосигнальные, низкочастотные

P _вх = 0,5I_вхm U_вхm

Статические параметры β, R_вых и рассеиваемая коллектором мощность Р_к определяются по соответствующим значениям токов и напряжений в рабочей точке:

β = I_крт / I_брт;

R_вых = U_кэрт / I_крт;

Р_к = U_кэрт I_крт.