5.3. Динамический режим работы бт

5.3.1. Динамические характеристики транзистора

С хема с ОЭ в динамическом режиме приведена на рис. 5.13. Формальным признаком этого режима является наличие в схеме кроме транзистора VT и источников смещения также резистора нагрузки в выходной цепи и источника сигнала - во входной. Значения постоянных составляющих токов и напряжений определяют режим работы схемы по постоянному току. На ВАХ транзистора эта ситуация отображается рабочей точкой А. Координаты рабочей точки – это совместное решение нелинейного уравнения: ВАХ транзистора и линейного – нагрузочной прямой:

, .

Результат графического решения этой системы уравнений приведен на рис. 5.14. Отметим, что нагрузочная прямая строится по двум точкам на осях координат (в соответствии с уравнением), которые соответствуют режиму холостого хода

и короткого замыкания

.

К онкретную характеристику (значение базового тока ) из семейства выходных ВАХ задает источник базового смещения Е_Б в соответствии со входными ВАХ (рис. 5.15).

При полном использовании потенциальных возможностей коллекторного источника и транзистора рабочая точка выбирается в середине нагрузочной прямой (см. рис. 5.14). Тогда напряжение источника Е_К перераспределяется поровну между транзистором и нагрузкой U_КЭ1≈U_R. Мощность, рассеиваемая на коллекторе, определяется площадью прямоугольника P_К=I_К1U_К1 (см. рис. 5.14).

Управляемые свойства транзистора определяет передаточная динамическая характеристика по току:

при

Э ту зависимость получают путем перестраивания соответствующих точек на семействе выходных ВАХ (см. рис. 5.14) в новую систему координат (рис.5.15). Крайняя нижняя точка 1 соответствует режиму отсечки: ; точка 2 – режиму обрыва базы: ; точка 4 – граничному значению области насыщения: , . При увеличении базового тока транзистор теряет управляемость. Коллекторный ток достигает максимальной величины тока насыщения и в дальнейшем не изменяется. Значение этого тока определяется практически коллекторным источником и резистором нагрузки

. (5.10)

В данном случае переход к режиму насыщения, т. е. в область малых коллекторных падений напряжений, происходит за счет увеличения падения напряжения на резисторе нагрузки при увеличении тока коллектора.

В активном режиме наблюдается пропорциональное изменение коллекторного тока под действием базового. Заметим, что коллекторный ток в рабочей точке

(5.11)

при полном использовании характеристики в активной области.

Подключение источника сигнала во входной цепи изменяет управляющий базовый ток по соответствующему закону. Передаточная характеристика при заданном режиме по постоянному току определяет закон изменения коллекторного тока (рис. 5.16).

Изменение режима работы транзистора по постоянному току (смещение рабочей точки А) приводит к искажению закона изменения выходного тока (рис. 5.17). Ограничение выходного сигнала происходит вследствие кратковременной потери управляемости транзистором при попадании в область насыщения или отсечки. Двухстороннее ограничение появляется при увеличении амплитуды входного сигнала.

З аконы изменения входных и выходных токов и напряжений для транзистора типа p-n-p-схемы с ОЭ, работающей в линейном режиме (без искажений), приведены на рис. 5.18. Здесь указаны уровни Е_К, Е_Б, определяемые источниками смещений, а также значения токов и напряжений, соответствующих режиму работы по постоянному току: I_Б1, I_К1, U_К1, U_Б1.

В еличина Е_К задает диапазон переменного выходного напряжения при среднем значении U_К1 = Е_К/2. Источник смещения Е_Б совпадает с постоянным значением базового напряжения в рабочей точке U_Б1 = Е_Б, поэтому переменная составляющая U_Б(t) изменяется относительно этого напряжения. Следует отметить, что в момент времени t₁ минимальному мгновенному значению базового напряжения соответствует минимальное значение базового тока, что определяет минимальную величину тока коллектора. В то же время мгновенное значение коллекторного напряжения достигает максимальной величины, близкой к Е_К, так как .

Как следует из сравнения напряжений U_Б(t) и U_K(t), схема с ОЭ изменяет (инвертирует) фазу сигнала на 180°.