Материал: Tverdotila_elektronika

Опір спочатку при підвищенні температури зростає згідно з формулою (3.54), що забезпечується збільшенням , а потім дещо зменшується внаслідок поверхневого витоку та ударної іонізації. Опір бази спочатку зростає, оскільки зростає середній час життя носіїв, і, отже, зменшується струм . Згодом, при кімнатній температурі за рахунок процесів термогенерації у слабколегованій базі збільшується концентрація основних носіїв, і опір бази стає меншим.

3.3 Робота біполярного транзистора у динамічному режимі

Під час роботи БТ у різних електронних схемах до його вхідного кола находять сигнали у формі змінної напруги, яка змінює вхідний та вихідний струм приладу. У цьому разі БТ працює в динамічному режимі: зміна струму колек­тора у транзисторі відбувається внаслідок одночасної зміни вхідного струму ( або ) і напруги на колекторі ( або ). Основним різновидом динамічного режиму БТ є підсилювальний режим.

3.3.1 Принцип дії підсилювального каскаду на біполярному транзисторі

Схема зі спільною базою

Схема транзистора підсилювача зі спільною базою зображена на рисунку 3.43.

Рисунок 3.43 – Підсилювальний каскад зі спільною базою

За відсутності вхідного сигналу () у вхідному колі БТ діє напруга спокою , створена за рахунок джерела , і протікає струм - емітерний струм спокою. У вихідному колі діють відповідно напруга (від джерела ) і струм . У колі бази =-. Початковий режим БТ – активний.

При надходженні на вхід схеми сигналу починається динамічний режим роботи БТ. Практично вся напруга виділяється на резисторі , і тоді напруга змінюватиметься за законом

.

Часові діаграми напруги і струмів каскаду показано на рисунку 3.44. Оскільки БТ працює в активному режимі, разом зі зміною змінюватимуться емітерний , колекторний струми, а також напруга на колекторі (рис. 3.44). Колекторна напруга змінюється за законом

.

З діаграм видно, що вхідна і вихідна напруги схеми змінюються у фазі одна відносно іншої (каскад за схемою зі спільною базою не інвертує вхідного сигналу). Амплітуда може бути більша за амплітуду вхідного сигналу, якщо відповідно вибрати величину колекторного опору , тобто в цьому випадку каскад підсилює напругу. Процес підсилення полягає в перетворенні енергії джерела живлення в енергію вихідного сигналу. При цьому транзистор відіграє роль своєрідного регулятора, який керує струмом джерела . Величина і форма вихідної напруги залежать не тільки від величини і форми вхідного сигналу, величини , але й від вибору положення початкової робочої точки на характеристиках БТ (,,,).

Схема зі спільним емітером

Схема транзисторного підсилювача зі спільним емітером показана на рисунку 3.45, а часові діаграми пристрою – на рисунку 3.46. Режим спокою забезпечується двома джерелами - (напруга і струм ) і (напруга і струм ). Напруга колектора

=-.

Рисунок 3.45 – Підсилювальний каскад зі спільним емітером

У режимі підсилення вхідного сигналу під час додатного півперіоду вхідної напруги пряма напруга ЕП транзистора зменшується, струм бази та колектора також зменшуються, що викликає збільшення напруги ко­лектора . Якщо робота відбувається на лінійній ділянці характеристики транзистора, то форми змінних складових струмів бази і колектора збігаються з формою вхідної напруги, а зміна напруги на колекторі, зумовлена змінною складовою колекторного струму, є протифазною відносно вхідної напруги. Отже, схема підсилювального каскаду на БТ зі спільним емітером є інвертувальною схемою. Як випливає з попереднього матеріалу, схема рисунка 3.45 здатна підсилювати не лише напругу, а й струм.

3.3.2 Способи забезпечення режиму спокою транзисторного каскаду

Режим спокою у вхідному колі транзисторного каскаду може забезпечуватися не обов’язково за допомогою окремого джерела живлення або . Частіше у каскадах застосовують лише одне джерело живлення – у колектор­ному колі. У таких каскадах замість вхідного джерела ЕРС використовують спеціальні ланцюжки автоматичного зміщення – пасивні ланцюжки, на яких струм, який протікає від джерела колекторної напруги , створює спад напруг, що забезпечують потрібне положення робочих точок на характеристиках транзистора в режимі спокою.

Основною вимогою до каскадів з автоматичним зміщенням є забезпечення сталості обраного режиму спокою при зміні температури або зміні транзистора. Розглянемо деякі приклади.

Схема з фіксованим струмом бази

Схему зображено на рисунку 3.47.

Рисунок 3.47 – Транзисторний каскад з фіксованим струмом бази

Зміщення ЕП у транзисторі цього каскаду здійснюється за рахунок струму бази спокою , який протікає від джерела через резистор . При цьому напруга на ЕП визначається вхідним опором БТ. Опір резистора дорівнює

, (3.57)

тобто можна вважати, що

. (3.58)

Каскад рис. 3.47 називається каскадом з фіксованим струмом бази завдяки формулі (3.58), тобто струм бази не залежить від параметрів транзистора.

Недоліком каскаду рисунка 3.47 є те, що в ньому важко встановити обраний режим спокою при застосуванні тран­зистора з великим розкидом параметра без зміни опору . Наприклад, у транзистора ГТ311Ж промисловий розкид параметрів становить від 50 до 200. Оскільки струм не залежить від властивостей БТ, то при заміні транзис­тора струм колектора може змінюватися в 4 рази, і початкова робоча точка може вийти з області активного режиму на характеристиках, що для підсилювача небажано. Іншим суттєвим недоліком каскаду є те, що в його схемі не враховується температурний дрейф характеристик і параметрів БТ, завдяки якому струм при збільшенні температури зростає.