Параметры биполярных транзисторов


Транзистор – это активный полупроводниковый прибор предназначенный для усиления и генерирования электрических сигналов. Работа транзистора обеспечивается носителями зарядов двух типов – электронов и дырок, поэтому его называют биполярным.

Биполярный транзистор состоит из трёх чередующихся областей полупроводников, имеющих проводимость p и n типов (Рис.3). В зависимости от их расположения различают транзисторы p-n-pи n-p-nтипов. Переход, который образуется на границе эмиттер-база, называется эмиттерным ЭП, а на границе база-коллектор - коллекторным КП. Условные графические обозначения транзисторов обоих типов, рабочие полярности напряжений и направления токов показаны на Рис.4. Выводы транзистора называются: Э – эмиттер, Б – база и К – коллектор.

- 6 -

Максимальное усиление мощности будет при соизмеримых значениях RК и RВЫХ.V~ (выходного сопротивления транзистора переменному току).

По переменному току сигнала сопротивление коллекторной нагрузки RК включено параллельно RВЫХ.V~ и может привести к недопустимому снижению выходного сопротивления каскада RВЫХ.~.

Резистор автосмещения RЭ.

Эмиттерный ток транзистора IЭ (как постоянный I так и переменный ImЭ), протекая через резистор RЭ образует на нём падение напряжения UЭ. Это напряжение является напряжением обратной связи UОС, так как связано с входными параметрами транзистора выражением: U = UБ – UЭ,

где UБ – напряжение на базе V1, измеренное по отношению общего провода.

Как будет доказано в последующих темах, отрицательная обратная связь (ООС) противодействует изменению параметров усилительного каскада, обеспечивая стабилизацию его режима, в том числе и температурного.

Например, повышение температуры tºС вызывает увеличение эмиттерного тока I и UЭ, но при этом автоматически уменьшается начальное базовое смещение U = UБ – UЭ, которое подзапирает транзистор и, как следствие, уменьшает эмиттерный ток, компенсируя его зависимость от температуры. Отсюда название RЭ – резистор автосмещения. Таким образом ООС по постоянному току благоприятно сказывается на стабильность режима работы усилительного каскада.

Но за счёт протекания тока сигнала ImЭ через RЭ образуется ООС по переменному току, которая уменьшает, к сожалению, коэффициент усиления каскада. Включив параллельно резистору RЭ конденсатор большой ёмкости СЭ, можно уменьшить эквивалентное сопротивление эмиттерной цепи на несколько порядков для самых низких рабочих частот.

Конденсатор СЭ предназначен для устранения отрицательной обратной связи по переменному току, в результате чего можно избежать снижения коэффициента усиления.

Разделительные конденсаторы СР1СР2

Разделительные конденсаторы СР1 СР2устраняют связь между каскадами по постоянному току. При их отсутствии режимы работы всех транзисторов гальванически (непосредственно) связанных между собой будут взаимозависимы. Причём, незначительное изменение режима первого транзистора за счёт усилительных свойств приведёт к недопустимому изменению режима последнего.

Ёмкость разделительных конденсаторов выбирается из расчёта, чтобы их реактивное сопротивления ХСр самым низким рабочим частотам FН было хотя бы на порядок меньше эквивалентного сопротивления последующих нагрузочных цепей RЭКВ. ХСр = 1 ⁄(2πFН СР) << 0,1 RЭКВ

Емкость межкаскадного разделительного конденсатора в усилителях звуковых частот УЗЧ достигают десятки и сотни микрофарад (мкФ), а выходного разделительного конденсатора, перед громкоговорителем – тысячи мкФ. В высокочастотных цепях ёмкость СР уменьшается обратно пропорционально рабочей частоте. При использовании полевого транзистора с большим входным сопротивлением, СР составляет доли мкФ (например 0,1 мкФ).

 

2. Принцип работы усилительного каскада(Рис.22)

 

В режиме покоя (при отсутствие сигнала) постоянная составляющая коллекторного тока I протекает от +ЕК через RК, переход ЭКVT1, RЭ, - ЕК. Постоянная составляющая коллекторного напряжения, если считать I ≈ I, равна:

U = ЕК - I (RК + RЭ )

- 19 -

Развязывающий фильтр по питанию Rф Сф.

При питании усилителя от выпрямителя фильтр по питанию RфСФ обеспечивает сглаживание пульсаций выпрямленного напряжения электрической сети ЕК.

Но более важную роль он выполняет в многокаскадном усилителе при развязке (устранение связей) каскадов, которые питаются от общей шины ЕК. Если внутреннее сопротивление источника питания Ri(Рис.21) отличное от нуля и составляет единицы или даже доли Омма, то переменные токи оконечных каскадов усилителя мощности достигающие единиц Ампер образуют на нём падения напряжения ΔU = IВЫХ Ri. Это значит, что напряжение питания предварительных каскадов и особенно чувствительного входного каскада U0 = EK - ΔU не будет постоянным. Оно изменяется пропорционально сигналу за счёт паразитной обратной связи между каскадами.

Развязывающие фильтры по питаниюRф Сф с большой постоянной времени в каждом каскаде устраняют паразитные связи между этими каскадами.

Рис.21 Схема образование паразитных связей между каскадами.

 

Сопротивление резистора RФ выбирается из расчёта допустимого снижения к.п.д. усилителя и лежит в пределах от долей Ома в оконечных каскадах до единиц кОм в маломощных каскадах, так чтобы ΔU = (0,1…0,2) EK. Тогда ёмкость конденсатора СФ для звуковых частот может достигать десятки и сотни мкФ, а для её расчёта можно пользоваться приближённой формулой

СФ > 10 (2π FН RФ)

Базовый делитель RБ1 RБ2.

Два резистора RБ1 и RБ2, включённых последовательно по постоянному току между шиной питания EK и общим проводом, являются базовым делителем напряжения питания и образуют начальное базовое смещение U = UБ – UЭ между базой и эмиттером транзистора V1. Это напряжение U определяет режим работы транзистора: А, В или АВ.

Чем меньше сопротивления резисторов RБ1 RБ2 тем выше температурная стабильность каскада, но при этом недопустимо снижается входное сопротивление каскада по переменному току RВХ~, для которого RБ1, RБ2 и RВХ.V~ (входное сопротивление транзистора) включены параллельно.

RВХ~ = (RВХ.V~RБ) (RВХ.V~ +RБ), где RБ = (RБ1 RБ2) (RБ1 + RБ2)

 

Поэтому типовыми значениями номиналов резисторов базового делителя для каскадов предварительного усиления являются: RБ1 – десятки кОм, RБ2 – единицы - десятки кОм.

Сопротивление коллекторной нагрузки RК.

Резистор RК образует путь протекания коллекторного тока покоя I, который определяется выбранным режимом работы транзистора V1 (А, В или АВ).

В сильной степени сопротивление коллекторной нагрузки RК влияет на усилительные свойства транзистора, так как от его номинала зависит угол наклона выходной динамической характеристики. Чем больше сопротивление резистора RК (десятки кОм) тем больше коэффициент усиления каскада по напряжению КU и, наоборот, чем меньше RК (сотни Ом) – тем больше коэффициент усиления по току КI.

- 18 -

Рис. 3. Схематическое изображение Рис.4. Условные обозначения транзисторов:

транзистора типа p-n-p: а) транзистор p-n-p, б) транзистор n-р-n
Э - эмиттер, Б - база, К - коллектор,



Дата добавления: 2016-07-05; просмотров: 1641;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.011 сек.