9.3 Динамічні характеристики біполярного транзистора та їх використання

При увімкненні навантаження до колекторного кола транзистора зміна струму колектора спричиняється одночасною дією зміни струму бази і напруги на колекторі. В цьому режимі роботи для аналізу властивостей БТ недостатньо мати його статичні характеристики, оскільки вони відображають зміну лише одного параметра. Тому для опису властивостей транзистора, а також для розрахунку параметрів транзисторного каскаду на сім’ях статичних характеристик будуть додаткові характеристики, які називають динамічними, або навантажувальними. Розглянемо їх.

Вихідна навантажувальна характеристика

Для каскаду зі спільним емітером рівняння вихідного кола

. (9.14)

Звідси . (9.15)

Рисунок 9.9 – Побудова навантажувальної прямої на сім’ї вихідних статичних характеристик ССЕ

Формула (9.15) – це рівняння вихідної навантажувальної прямої транзисторного каскаду зі спільним емітером (рисунок 9.3). Цю характеристику будують на сім’ї вихідних статичних характеристик ССЕ (рисунок 9.9) за двома точками:

1. =0; ;

2. ; = .

Точка перетину навантаженої прямої зі статичною характеристикою, яка була знята при заданому струмі бази в режимі спокою ( ), визначає вихідні координати режиму спокою транзисторного каскаду ( , ). При надходженні на вхід каскаду змінної напруги сигналу змінюватиметься струм бази стосовно значення і робоча точка рухатиметься на сім’ї характеристик уздовж навантажувальної прямої. Це означає, що динамічна характеристика повністю визначає роботу транзисторного каскаду в динамічному режимі – у режимі підсилення вхідної напруги.

Для транзисторного каскаду зі спільною базою рівняння вихідної навантажувальної прямої набуває вигляду

= . (9.16)

Динамічна вихідна характеристика каскаду зі спільною базою будується аналогічним чином за рівнянням (9.16).

Вхідна навантажувальна характеристика може бути побудована шляхом перенесення точок вихідної характеристики (прямої) на сім’ю статичних вхідних характеристик і наступного з’єднання цих точок у плавну монотонну криву. Але цей спосіб рідко вживається в інженерній практиці, тому що у довідниках звичайно даються лише дві вхідні статичні характеристики – при нульовій і при ненульовій колекторних напругах. Тому з задовільною для практики точністю за вхідну навантажувальну криву можна взяти вхідну статичну характеристику, яка знімалася при ненульовій колекторній напрузі. Робоча точка спокою на вхідній навантажувальній кривій має координати: струм бази спокою і напругу бази , яка викликає цей струм.

9.3.1 Параметри режиму підсилення та їх розрахунок за динамічними характеристиками транзисторного каскаду

До основних параметрів режиму підсилення транзисторного каскаду підсилення за струмом

; (9.17)

коефіцієнт підсилення за напругою

; (9.18)

коефіцієнт підсилення за потужністю

; (9.19)

вхідний опір ; (9.20)

вихідний опір . (9.21)

Задача знаходження цих параметрів за динамічними характеристиками зводиться до надходження вхідних і вихідних амплітуд змінних струмів і напруг транзисторного каскаду, які входять до формул (9.17) – (9.21).

Суть графоаналітичного способу визначення параметрів режиму підсилення каскаду за навантажувальними характеристиками полягає в наступному (на прикладі каскаду зі спільним емітером).

1На сім’ї вихідних статичних характеристик будується вихідна навантажувальна пряма. Для каскадів (рисунок 9.7 та рисунок 9.8) ця пряма будується за формулою (9.15). Характеристики для каскаду з температурною стабілізацією (рисунок 9.7) згодом відрізнятимуться від динамічних вихідних характеристик для постійного та змінного струмів (рисунок 9.10) унаслідок наявності в емітерному колі БТ ланцюжка , .

Постійна складова струму емітера проходить через резистор , отже , або, оскільки в активному режимі

. (9.22)

Тому рівняння вихідної навантажувальної прямої для постійної складової струму транзистора має вигляд (пряма I рисунок 9.10)

= . (9.23)

Змінна складова струму через резистор не проходить. Тому рівняння вихідної навантажувальної характеристики для змінного струму має вигляд

, (9.24)

тобто повторює рівняння (9.15). Для каскаду з температурною стабілізацією розрахунок параметрів підсилювального режиму вимагає застосування навантажувальної прямої саме для змінного струму за рівнянням (9.24) – пряма 2 рисунок 9.10.

Рисунок 9.10 – До графоаналітичного визначення параметрів режиму

підсилення транзисторного каскаду

2 Будується вхідна навантажувальна характеристика каскаду, яка практично збігається з вхідною характеристикою БТ

при .

3 На вхідній і вихідній навантажувальних характеристиках відмічається положення початкової робочої точки режиму спокою ( , , , ), яку або задають, або вибирають з міркувань проектування.

4 Розгортаючи напругу , знаходять відповідну зміну струму стосовно струму спокою . Знаходять амплітуду (у разі потреби, усереднюючи верхню й нижню амплітуди: ).

5 Перенесенням точок В і С на вихідну навантажувальну пряму визначають на ній робочу ділянку струму бази, а також відповідні до цієї ділянки зміни колекторної напруги стосовно постійного рівня і струму відносно рівня . За допомогою усереднення визначають амплітуди та .

6 Використовуючи знайдені амплітуди , , , за формулами (9.17) – (9.21), розраховують параметри режиму підсилення.

Існує також спосіб визначення параметрів режиму підсилення за допомогою - параметрів. Для найпростішого транзисторного підсилювача на низьких частотах маємо [1]:

;

;

;

.

У наведених формулах - опір навантаження;

- опір джерела вхідного сигналу.