Занятие 3. Транзистор в режиме усиления

Дата: 2025-05-25; Просмотры: 5

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

Учебные, методические и воспитательные цели:

1. Изучить нагрузочные характеристики, режим неискаженного усиления и схемы питания транзистора.

2. Прививать методические навыки анализа электрических схем.

3. Развивать инженерное мышление, интерес к дисциплине.

Время: 2 часа

План лекции

Материальное обеспечение:

1. Схемы аппаратуры военной техники связи.

2. Плакат "Транзистор в режиме усиления".

3. Комплект диапозитивов по теме 4.

Литература:

1. К.С. Петров "Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника", с.244-248.

2. В.А.Батушев "Электронные элементы ВТС", стр.154-159.

3. Г.В.Войшвилло ”Усилительные устройства”, стр. 108-117.

ВВОДНАЯ ЧАСТЬ

На предыдущих занятиях мы рассмотрели устройство, принцип действия, статические характеристики и дифференциальные параметры транзистора.

При рассмотрении принципа действия транзистора мы установили, что транзистор представляет собой управляемый прибор, способный усиливать электрические колебания. Исходя из этого и определяется основное назначение транзистора - усиление электрических колебаний, получившее широкое применение в военной технике связи. Какое бы устройство мы не взяли, всегда найдем усилители на полупроводниковых приборах, а в радиостанциях последних выпусков тактического звена управления ими полностью вытеснены электронные лампы даже при мощностях передатчика более 100Вт.

Для понимания принципа работы усилительных схем необходимо четко представлять себе работу усилительного (активного) элемента - транзистора.

Учитывая важность материала для практической работы, а также последующего изучения дисциплины ТЭЦ и дисциплин технических кафедр по этой теме выполняется контрольная работа.

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. Нагрузочные характеристики транзистора

При использовании транзистора для усиления колебаний в его выходную цепь включается нагрузка, сопротивление которой в общем случае является величиной комплексной. Мы в дальнейшем для простоты это сопротивление будем считать чисто активным.

Отличие нагрузочных характеристик от статических связано с тем, что напряжение на коллекторе не остается постоянным, а зависит от величины тока коллектора.

Как видно из рис.1 напряжение на коллекторе при наличии нагрузки R в его цепи можно определить по закону Кирхгофа

U_к=E_к-I_к R

Это соотношение, являющееся уравнением прямой линии, определяет связь между током и напряжением коллектора при наличии нагрузки и представляет собой выходную нагрузочную характеристику.

Для построения выходной нагрузочной характеристики, представляющей прямую линию, необходимо найти точки пересечения её с осями координат:

1. I_к= 0 U_к = E_к

2. U_к= 0

Проведя через эти точки прямую, получим выходную нагрузочную характеристику (рис.2а).

Наклон этой характеристики зависит от величины сопротивления нагрузки. Чем больше сопротивление нагрузки, тем положе проходит нагрузочная характеристика.

Точки пересечения нагрузочной характеристики со статическими характеристиками I_к = f(U_к) определяют коллекторный ток, коллекторное напряжение транзистора при заданных I_б, R и E_к.

Входная характеристика транзистора с нагрузкой в цепи коллектора также отличается от статических входных характеристик, т.к. при её снятии напряжение коллектора изменяется. Эту характеристику можно построить имея семейство входных статических характеристик путем переноса точек пересечения выходной нагрузочной характеристики с выходными статическими характеристиками. Соединяя полученные точки плавной кривой получаем входную характеристику транзистора с нагрузкой (рис.2б). Она идет более круто, чем статические, т.е. входная проводимость транзистора с нагрузкой увеличивается.

На практике обычно входную характеристику транзистора с нагрузкой не строят, а используют одну из статических характеристик, которые идут узким веером и в справочниках приводится одна из них.

По нагрузочным характеристикам можно производить расчет режима усиления, который рассмотрим в следующем вопросе.

Таким образом, нагрузочные характеристики биполярного транзистора определяют связь между токами и напряжениями во входной и выходной цепях при наличии нагрузки в выходной цепи. Они отличаются от статических и используются при расчете режима усиления.

2. Анализ режима неискаженного усиления

Расчет усилителя можно производить:

а) Аналитически с использованием дифференциальных параметров транзистора (однако такой расчет носит ориентировочный характер);

б) Графоаналитически - с помощью характеристик, который мы и рассмотрим. (Результаты расчета в этом случае получаются более точные).

Пусть заданы входные и выходные статические характеристики транзистора (рис.3). Напряжение источника питания коллекторной цепи выбирается самостоятельно из имеющихся возможностей или задано.

Порядок расчета

Определим границы допустимых режимов, определяющих максимально возможную мощность транзистора.

Максимальная величина выходной мощности, которую можно получить от транзистора ограничивается максимально допустимым напряжением коллектора U_кmax, предельно допустимым током коллектора I_{к пред} и максимально допустимой рассеиваемой мощностью Р_кmax.

Максимальная мощность, рассеиваемая транзистором, определяется максимально допустимой температурой его коллекторного перехода, температурой окружающей среды и тепловым сопротивлением транзистора. Для конкретных типов приборов эта величина указывается в справочнике.

Максимально допустимый ток коллектора I_кmax определяется из соотношения

Полученная кривая представляет собой гиперболу, а границы по току и напряжению - горизонтальную и вертикальную прямые I_кпред = const и U_кmax = const. Эти значения указываются в справочнике.

1. Взятые величины из справочника и полученные из расчета наносим на выходные характеристики транзистора.

2. Строим выходную нагрузочную характеристику с учетом полученных ограничений и получения максимального неискаженного усиления. Определяем сопротивление нагрузки R_н, исходя из

откуда

3. Строим входную характеристику транзистора с нагрузкой в цепи коллектора, переносом точек пересечения выходной нагрузочной характеристики с выходными статическими характеристиками на семейство выходных характеристик или выбираем в качестве её статическую входную характеристику снятую при напряжении на коллекторе не равном нулю.