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 Iэ, Iк , Iб. Для этого требуется запись соотношения, связывающего три тока Iэ = Iк + Iб, из которого следует, что Iк и Iб являются составляющими частями Iэ. 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 Uкэ = Ек – IкRн, 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: Uкэм = Ек; Iкм =0. Точка N имеет координаты:
.
Следовательно, если известны Ек и Rн, 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 Iбрт или с перпендикуляром, восстановленным из точки на оси напряжения с Uкэ = Uкэрт. Рабочая точка может быть задана различными исходными данными в зависимости от варианта.
В целом рабочая точка характеризуется четырьмя величинами: Iкрт; Uкэрт; Iбр.т.; Uбэр.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 Iкрт и Uкэрт.
Рисунок 3 – Выходные характеристики транзистора
Если в таблице данных имеется величина Ек, нагрузочную прямую проводите через точку р.т и точку М. Если задано сопротивление нагрузки Rн, то сначала определите Ек = Uкэрт + Iкрт Rн. После этого стройте прямую по р.т. и т.М. Обратите внимание на то, что напряжение источника питания Ек распределяется между транзистором (Uкэр.т.) и нагрузкой (URн). Отметьте эти напряжения на графиках выходных характеристик.
3.6.8. Имея положение р.т. на выходных характеристиках и зная теперь величины Uкэр.т и Iбрт (рисунок 3), перенесите ее на входную характеристику при Uкэр.т.>0 (рисунок 4).
Даже если Uкэрт не равно тому Uкэ, 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 Iб = Iбрт с самой входной характеристикой.
Определите на графике Uбэрт. Координаты р.т. на входной и выходных характеристиках определяют режим работы транзистора. Выпишите величины Iкр.т.; Uкэр.т; Iбр.т; Uбэр.т.
Рисунок 4 – Входная характеристика транзистора
3.6.9. Линия допустимых режимов соединяет все точки на выходных характеристиках, для которых справедливо соотношение IкUкэ = РКmax. Величина РКmax определяется из справочных данных приложения Б.
Для транзисторов, использующих теплоотводы расчеты допустимых режимов вести по формуле:
.
При построении линии допустимых режимов составьте таблицу 4.
Таблица 4
UКЭ, В |
|
|
|
|
|
IК, мА |
|
|
|
|
|
Задаваясь произвольно значениями Uкэ, рассчитайте соответствующую величину тока Iк 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 Rвх 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 ΔIБ и ΔUБЭ.