Розрахунок та графічна побудова вхідної вах транзистора
З вихідної ВАХ визначають діапазон струмів бази, в якому підсилювач буде працювати в режимі класу А, тобто від -ΔІВХ до +ΔІВХ. Потім будують вхідну ВАХ p-n переходу емітер-база. емітер-база. Для цього використовують формулу (для температури 25ОС):
ІБЕ= І0·ехр(еVБЕ/kТ) = І0·ехр(VБЕ/0,026); (14)
де - І0 – струм насичення p-n переходу;
е – заряд електрона;
VБЕ – напруга на p-n переході емітер-база;
k - постійна Больцмана;
Т – температура, К.
Для визначення значення І0 використовують дані довідників для вказаного типу транзистора:
І0=ІВ.нас/ехр(VБЕ.sat/0,026); (15)
Напруга на базі VБ визначається напругою на p-n переході емітер-база VБЕ, падінням напруги на емітерному резисторі R3 при струмі робочої точки та залежністю вхідної ВАХ від напругі на колекторі. Тому напруга VБ буде визначатися за вираженням:
VБ= VБЕ + ІБЕ·R3+ VЕ; (16)
Приймая значення напруги VБЕ значенням 0В; 0,2В; 0,4В; 0,5В;
та подальше через інтервал 0,1В по формулі (14) визначають струм через p-n перехід. Дані розрахунків заносять в таблицю. Як тільки значення струму досягнуть значення декілька мкА, інтервал VБЕ.sat, зменшують до (0,01В – 0,025В) та проводять розрахунок струмів ІБЕ до значень 0,5-1,0 мА. Дані заносять в таблицю. Потім розраховують напругу на базі за формулою (16) та також заносять в таблицю.
Таблиця
-
Напруга на p-n переході,
VБЕ,
В
Струм крізь p-n перехід, IБЕ,
мкА
Падіння напруги від вхідного струму на резисторі
R3∙IБЕ,
В
Падіння напруги від струму бази в робочій точці, VE,
B
Значення вхідної напруги на базі,
VБ,
B
0,2
0,4
…..
…..
…..
За даними таблиці будують вхідну ВАХ переходу емітер-база на якої визначають величини напруги для струмів бази в робочої точці VБ(РТ) та мінімальні і максимальні величини вхідної напруги на базі (VБ.min, VБ(РТ), VБ.max).
Приклад 4
З вихідної ВАХ (рис.3 в прикладі 2, та дані прикладу 3) визначено діапазон струмів бази від 120 мкА до 360 мкА. Згідно з формулою (15) струм насичення в р-п переході емітер-база буде дорівнювати:
І0=1·10-3/ехр(0,8/0,026)= 4,3∙10-17 A
Дані розрахунків за формулами (14 та 16) занесено в табл.3.
Таблиця 3
-
Напруга на p-n переході,
VБЕ
Струм крізь p-n перехід,
IБЕ
Падіння напруги від вхідного струму на резисторі
R3∙IБЕ
Падіння напруги від струму бази в робочій точці, VE
Значення напруги на базі,
VБ
В
мкА
В
В
В
0
4,3·10-11
-
1,44
1,44
0,2
9,4·10-8
-
1,44
1,64
0,4
1,1·10-4
-
1,44
1,84
0,5
9,7·10-3
-
1,44
1,94
0,6
0,45
-
1,44
2,04
0,65
3,1
-
1,44
2,09
0,7
21,2
0,0025
1,44
2,1425
0,71
31,1
0,0037
1,44
2,1537
0,72
45,7
0,0055
1,44
2,1655
0,73
67,2
0,0081
1,44
2,1781
0,74
98,7
0,0118
1,44
2,1918
0,7405
100
0,0120
1,44
2,1925
0,7454
120
0,0144
1,44
2,1998
0,75
145
0,0174
1,44
2,2074
0,7585
200
0,0240
1,44
2,2225
0,76
213
0,0256
1,44
2,2256
0,7633
240
0,0288
1,44
2,2321
0,769
300
0,0360
1,44
2,245
0,77
313
0,0376
1,44
2,2476
0,7736
360
0,0432
1,44
2,2568
0,78
460
0,0552
1,44
2,2752
За даними таблиці 3 будують вхідну ВАХ переходу емітер-база (рис.6), на якої визначають величини напруги для струмів бази в робочої точці VБ(РТ) та мінімальні і максимальні величини вхідні напруги бази (VБ.min, VБ(РТ), VБ.max).
Рис.6. Вхідна ВАХ транзисторного підсилювального каскаду
З таблиці або графіку визначаємо, що для створення режиму робочій точці при струму бази 240 мкА на базі повинна бути напруга 2,232 В. Врахував, що напруга VБЕ, в кремнієвих транзисторах підвищується на 0,1-0,2 В при підвищенні напруги на колекторі від 5В до 20В, приймаємо, що по постійному режиму напруга на базі повинна дорівнювати VБ(РТ)=2,4 В.
З графіку визначаємо, що амплітуда вхідної напруги сигналу буде дорівнювати:
ΔVБ = 2,232–2,20= 0,032 В = 32 мВ