Лабораторная работа №7. Задание рабочей точки в транзисторном каскаде (часть 2)
Цель работы: построение нагрузочной линии транзисторного каскада; задание рабочей точки транзисторного каскада; исследование параметров рабочей точки транзистора; исследование условий для перевода транзистора в режим насыщения и отсечки; определение статического коэффициента передачи транзистора по экспериментальным данным.
Теоретические положения
Задание тока базы с помощью делителя напряжения.
1.1. NPN-транзистор. Схема задания тока базы NPN транзистора с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером представлена на рис. 1.
Рис. 1. Задание тока базы NPN транзистора с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером
Аналогично пункту 1, рассмотрим режимы насыщения, усиления и отсечки. Ток коллектора в режиме насыщения описывается следующим выражением:
Независимо от сопротивления резисторов R1 и R2 делителя напряжения ток насыщения базы определяется из выражения:
а напряжение UБ на базе равно:
Это же напряжение задается делителем напряжения. Зная Ек и UБ, можно определить отношение сопротивлений плеч делителя:
Суммарное сопротивление делителя обычно выбирается так, чтобы ток, протекающий через него был примерно в 10 раз меньше тока коллектора. Составив систему уравнений и решив её, можно найти сопротивления R1 и R2 плеч делителя, которые обеспечивают ток базы, необходимый для перевода транзистора в режим насыщения. Аналогичным образом каскад рассчитывается и в усилительном режиме, но с учетом следующих выражений. Ток коллектора в усилительном режиме описывается уравнением нагрузочной прямой:
где UЭ = IЭ×RЭ, IЭ - ток эмиттера.
Ток базы определяется из выражения:
Ток коллектора связан с током эмиттера следующим выражением:
Напряжение на базе транзистора равно:
Далее рассчитываются сопротивления R1 и R2 делителя напряжения. Суммарное сопротивление делителя должно обеспечивать больший по сравнению с током базы ток делителя (обычно ток делителя берут в 10 раз меньше тока коллектора). Рабочая точка определяется пересечением нагрузочной прямой и выходной характеристики транзистора. При известных значениях сопротивлений R1 и R2 ток базы транзистора равен:
где UБ - напряжение на базе транзистора. Если bR э >> R2, то:
Ток эмиттера определяется по падению напряжения на сопротивлении Rэ в цепи эмиттера и вычисляется как разность потенциалов
Значение напряжения коллектор-эмиттер Uкэ вычисляется по закону Кирхгофа: Uкэ = Eк - IкRк - IэRэ.
Коэффициент нестабильности тока коллектора (S) из-за влияния тепловых токов в схеме при условии, что Uэ > UБЭО определяется как:
где 
Как следует из этого выражения, при данном способе задания тока базы коэффициент нестабильности определяется элементами схемы и практически не зависит от характеристик транзистора, что улучшает стабильность рабочей точки.
1.2. PNP-транзиcтор.
Схема задания тока базы с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером на PNP-транзисторе представлена на рис. 2.
Рис. 2. Задание тока базы PNP транзистора с помощью делителя напряжения в каскаде с общим эмиттером
Для данной схемы справедливы выражения, приведенные в предыдущем пункте для схемы с NPN-транзистором, со следующей поправкой: полярность напряжений и направления токов нужно поменять на обратные.