Экзаменационный билет №10

1. По входной и выходной характеристикам биполярного транзистора включенного по схеме с общим эмиттером, напряжение питания которого Е_К= 15 В, сопротивление нагрузки R_Н= 500 Ом, постоянный ток смещения в цепи базы I_Б0= 350 мкА, амплитуда переменной составляющей тока базы I_БМ= 150 мкА, рассчитать для линейного режима коэффициенты усиления по току K_I, напряжению K_Uи мощности K_P и входное сопротивление усилителя R_ВХ. Найти полезную мощность в нагрузке P_ПОЛ, мощность, рассеиваемую в коллекторе P_K, потребляемую мощность Р_ПОТР и коэффициент полезного действия параметры h графоаналитическим методом.

РЕШЕНИЕ: 1. Выходные статические характеристики транзистора с необходимыми построениями показаны на рисунке 1. Нагрузочная линия соответствует графику уравнения Iк ⁼ (Ек - U_КЭ)/Rн. На семействе выходных характеристик ордината этой прямой при Uкэ ⁼ 0 соответствует точке Iк = Eк/Rh. Абсцисса при Iк = 0 соответствует точке Икэ ⁼ Ек. Соединение этих координат и является построением нагрузочной линии.

В нашем случае координаты нагрузочной линии: Iк = 15/500 = 30 мА и Uкэ = 15 В. Соединяя эти точки, получаем линию нагрузки. Пересечение нагрузочной линии с заданным значением тока базы 1бо определяет рабочую точку (РТ) транзисторного каскада, нагруженного на резистор. В нашем случае рабочий точка соответствует пересечению нагрузочной прямой с характеристикой при Iб= 350 мкА.

Если в семействе выходных характеристик отсутствует требуемая характеристика (в нашем случае Iб=350 мкА), её следует самостоятельно построить между характеристиками с ближайшими значениями тока базы (на рисунке пунктирная линия).

Координаты рабочей точки дают значение рабочего режима выходной цепи U_КЭ0 и I_К0. Определяем параметры режима по постоянному току

I_К0=19,2 мА и U_Кэо = 5,45 В.

На входных характеристиках (рисунок 2) рабочую точку определяем как точку пересечения ординаты, соответствующей току I_Б0=350 мкА, и характеричтики при U_КЭ=10 В (РТ). Хотя в рабочей точке на выходных характеристиках U_КЭ0 10 В, входные характеристики в активном режиме практически совпадают и воспользоваться характеристикой для

U_КЭ=10 В. Определяем: U_КЭ0=0,745 В

По заданному изменению синусоидального тока базы с амплитудой I_БМ определяем графически амплитуды токов и напряжений на электродах транзистора. Строим временные диаграммы переменного тока коллектора, напряжения коллектора и базы для случая синусоидального входного тока с амплитудой I_БМ=150 мкА. Временные диаграммы строятся с учётом того, что напряжение на базе и коллекторе противофазные, и с соблюдением одинакового масштаба по оси времени. После построения временных диаграмм необходимо оценить, имеются ли заметные искажения в выходной цепи транзистора или нет.

Из временных диаграмм видно, что под действием переменного входного тока рабочая точка на выходных характеристиках двигается вдоль линии нагрузки. Если рабочая точка какую либо часть периода входного тока попадает в область насыщения или отсечки сигнала, необходимо уменьшить амплитуду входного сигнала до величины, при которой рабочая точка не будет выходить за пределы активной области работы прибора.

Дальнейшие расчёты производятся только для активного режима работы прибора, называемого иногда линейным, или неискажающим.

При нахождении из графиков величин I_КМ U_km U_БМ следует обратить внимание, что амплитудные значения для положительных и отрицательных полуволн сигнала могут быть неодинаковыми, а значит усиление большого сигнала и в активном режиме сопровождается некоторыми искажениями. Для дальнейших расчетов значения амплитуд определяется как средние за период.

По выходным статическим характеристикам (рисунок 1) находим положительные и отрицательные амплитуды токов и напряжений — I_КМ⁺= 8 мА и I_КМ^-= 8 мА, а также U_km⁺= 3,85 В и U_km^- = 4.15 В. Затем определяем среднее значение амплитуд. Что за м

I_КМ=( I_КМ⁺+ I_КМ^-)/2=(8+8)/2=8 мА

U_km₌₍ U_КМ⁺+ U_КМ^-)/2=(3,85+4,15)/2=4 В

По входным характеристикам находим U_Б_m⁺=0,0024 В и U_Б_m^-=0,0028 В

U_Б_m₌₍ U_БМ⁺+ U_БМ^-)/2=(0,0024+0,0028)/2=0,0026 В

Затем определяем К_I=I_КМ/I_БМ=8/0,15=53

К_U= U_km/ U_Б_m=4/0,0026=1538

Kp=Ki*Ku=53*1538=81538

Rвх= U_Б_m/I_бм=0,0026/0,15*10^-3=17,3 Ом

Определяем полезную мощность, мощность рассеиваемую на коллекторе и потребляемую мощность

Рпол= U_КМ*I_КМ/2=4*8/2=16мВт, Р_к0=I_к0*U_кэ0=19,2*10^-3*5,45=104,6 мВт

Рпотр= I_к0*Е_кэ=19,2*10^-3*15=288 мВт

КПД каскада