Диференціальні параметри біполярних транзисторів

Величини, що зв'язують малі збільшення струмів і напруг, називаються диференціальними параметрами транзистора. При уявленні транзистора лінійним чотириполюсником найбільше поширення знаходять три системи: h, y, z – параметрів. На практиці найбільш популярною є система h-параметрів.

У системі h-параметрів за незалежні змінні вибирають вхідний струм I₁ і напругу U₂, а залежні – вхідну напругу U₁ і вихідний струм I₂. Пов'язано це з малим вхідним опором транзистора і великим вихідним. Для схеми ввімкнення зі ЗЕ це такі величини: вхідний струм і напруга I_Б, U_БЕ; вихідний струм і напруга – I_К, U_КЕ. Тоді система рівнянь, що зв'язують h-параметри, має такий вигляд [3; 7]:

; (2.1)

Із системи рівнянь (2.1) випливає фізичний зміст і найменування h-параметрів:

– вхідний опір транзистора при короткому замиканні на виході для змінної складової струму

; (2.2)

– коефіцієнт зворотного зв'язку за напругою при розімкнутому вході для змінної складової струму

; (2.3)

– диференціальний коефіцієнт передачі струму

; (2.4)

– вихідна провідність транзистора при розімкнутому вході для змінної складової струму

. (2.5)

Низькочастотні значення h-параметрів транзистора залежать від схеми ввімкнення і визначаються за статичними вхідними і вихідними характеристиками. Для цього потрібно мати сім’ю вхідних і вихідних характеристик, побудувати навантажувальну пряму, вибрати робочу точку і виконати графічні побудови, зображені на рис. 2.4. Знаючи амплітуди вхідних і вихідних струмів і напруг за формулами (2.2) – (2.5) можна визначити h-параметри.

Другий спосіб визначення h-параметрів наведений у праці [7]. Для цього на вхідних і вихідних характеристиках навколо робочої точки необхідно побудувати трикутники (рис. 2.4). На сім’ї вхідних характеристик у робочій точці А будують трикутник АВС (рис. 2.4, б). З точки А проводять прямі, рівнобіжні осі абсцис і осі ординат до перетинання з другою характеристикою в точках В і С. З отриманого характеристичного трикутника знаходимо всі необхідні величини для обчислення h_11Е і h_12Е. Відрізок АВ є DU_БЕ(В), а АС – збільшення DI_Б(мкА). Збільшення напруги колектора визначається як різниця напруг, при яких знімалися характеристики:

Тоді ;

У робочій точці А¢ за вихідними характеристиками можна визначити параметри h_22Е і h_21Е (рис. 2.4, а). Проводячи з точки А¢ вертикальну пряму до перетинання з наступною характеристикою (точка D¢ ), знаходимо збільшення струму колектора ∆I_К при U'_КЕ=const;(відрізок A¢D¢) показує на збільшення струму бази
ΔIБ = IБ5 - IБ4.

Тоді .

Для визначення параметра h_22Е з точки А¢ проводять пряму, рівнобіжну осі абсцис, такої довжини, щоб можна було визначити достатнє для виміру збільшення струму ∆I'_K=B'C'. По точках визначимо збільшення напруги колектора ∆U'_БЕ (рис. 2.4, а).

Тоді .

Аналогічно для схеми зі ЗБ за вихідними характеристиками можна визначити параметри h_22Б і h_21Б та за вхідними характеристиками – параметри h_11Б і h_12Б_. Слід зазначити, що точність визначення параметрів графоаналітичним методом невисока.

а	б
Рис. 2.4. ВАХ біполярного транзистора: а – вихідна характеристика з навантажувальною прямою; б – вхідна характеристика з відрізками для визначення h₁₁, h₁₂

Режим посилення біполярного транзистора (БТ) досягається при включенні в ланцюг вихідного електрода (колектора) навантажувального резистора R_K(рис. 2.5). У цьому випадку зміна струму колектора буде визначатися не тільки зміною струму бази, але і зміною напруги колектор-емітер, що при роботі транзистора з навантаженням не залишається постійним і завжди менше ЕДС джерела живлення колектора Е_К.

Рис. 2.5. Електрична схема біполярного транзистора з навантаженням

Тобто з рис. 2.4 видно, що

UKE = EK – IKRK. (2.6)

При збільшенні струму колектора збільшується спадання напруги на опорі навантаження, а напруга на колекторі транзистора U_КЕ зменшується. Виникаюча зміна колекторної напруги впливає на струм колектора протилежно зміні струму бази: якщо під дією струму бази струм колектора I_K зростає, то зменшуване при цьому U_КЕ трохи зменшує зростання струму колектора.

Таким чином, під час роботи БТ із навантаженням зміни струму колектора будуть обумовлюватися спільним впливом змін струму I_Б і напруги U_КЕ. Такий принцип роботи транзистора іноді називають динамічним, а його характеристики динамічними. Співвідношення (2.6) можна переписати в такій формі :

. (2.7)

Пряма лінія, описувана рівнянням (2.7), називається навантажувальною прямою (чи лінією навантаження). На сім’ї вихідних характеристик навантажувальну пряму можна побудувати за двома точками (рис. 2.5, а).

Якщо I_K = 0, то U_КЕ = Е_К (з формули (2.7)). Відклавши на осі абсцис (рис. 2.5, а) величину Е_К, одержимо першу точку навантажувальної прямої (точку K). У цій точці транзистор замкнений. Другу точку навантажувальної прямої знайдемо, задаючись величиною U_КЕ. Наприклад, при U_КЕ= 0, струм I_К=E_К/R_К (точка В на рис. 2.5, а). Проведена через точки К і В пряма є шуканою навантажувальною прямою. Навантажувальна пряма визначає залежність струму колектора I_K від одночасно змінюючихся струму бази і напруги колектора U_КЕ при постійної ЕДС джерела живлення колектора і незмінному опорі R_K.

У режимі лінійного посилення (клас А) робоча точка транзистора вибирається посередині лінійної ділянки вхідних характеристик при U_КЕ ¹ 0. Точки 1-5 на вхідних і вихідних характеристиках відповідають границям лінійної ділянки. Виберемо робочу точку транзистора в точці 4 характеристик. На вхідній характеристиці, задавши амплітуду і фазу вхідного сигналу (рис. 2.5, б), графічним способом будуємо епюри вхідного струму I_Б і вихідних I_K і U_КЕ. Варто завжди пам'ятати, що фаза вихідної напруги U_КЕ завжди в протифазі вхідній U_БЕ. Знаючи амплітуди вхідних і вихідних величин, можна обчислити коефіцієнти підсилення:

– за струмом ;

– за напругою ;

– за потужністю .

Віртуальна лабораторна установка

Віртуальна лабораторна установка [5] зображена на рис. 2.6 і складається: із БТ VT1-BC140 n-p-n типу; джерела базової напруги + 27 В; джерела колекторного живлення Е_К=40 В; дільника вхідної напруги R1, R2, що дозволяє плавно змінювати напругу U_Б; потенціометра R7, що дозволяє змінювати напругу на колекторі транзистора; резистора R5 – навантаження колектора транзистора, що за допомогою перемикача SA3 можна відключити; перемикачів SA1, SA2, комутуючих осцилографів; перемикача SA4 для підключення до бази транзистора генератора синусоїдальних коливань; міліамперметра PA1 і вольтметра PV1 – для вимірів струму і напруги бази транзистора; міліамперметра PA2 і вольтметри PV2 для виміру струму і напруги колектора; вольтметра PV3 для виміру напруги Е_К; двопроменевого осцилографа для відображення вхідної і вихідної напруг і графіків вхідної і вихідної характеристик транзистора.

Рис. 2.6. Принципова електрична схема віртуальної лабораторної
установки дослідження біполярного транзистора

Домашнє завдання

1. Вивчити схеми ввімкнення біполярних транзисторів і їхні ВАХ.

2. Вивчити методику побудови навантажувальної прямої, вибору робочої точки і визначення h-параметрів.

3. Освоїти методику побудови за вхідною напругою інших струмів і напруг БТ.

4. Для виклику програми дослідження БТ необхідно:

– одержати у викладача варіант завдання на моделювання;

– вибрати файл Electr_2_1_*.

Частина ІІ

Дослідження біполярного транзистора
в статичному режимі

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 Следующая ⇒