Контрольная работа № 4 Анализ электронных цепей (стр. 8 )

а б

Рис. 10.10

Активный режим. Этому режиму соответствуют семейство горизонтальных прямых на рис. 10.10, б и вертикальный отрезок на рис. 10.10, а. Эквивалентные схемы, соответствующие кусочно-линейным ВАХ, показаны на рис. 10.11, а, б. Источник учитывает прямое напряжение эмиттерного перехода. Для кремниевых транзисторов В. Поскольку сопротивления ветвей базы и эмиттера в схеме замещения равны нулю, его можно включить как в ветвь базы, так и в ветвь эмиттера.

а б

Рис. 10.11

Источник тока, управляемый током (ИТУТ) в цепи коллектора учитывает зависимость между токами базы и коллектора в активном режиме: .

Режим насыщения. Эквивалентная схема, показанная на рис. 10.11, а, б, удовлетворительно моделирует работу транзистора в активном режиме. Однако для режима насыщения требуется другая локальная модель.

В режиме насыщения и эмиттерный и коллекторный переходы открыты, поэтому напряжения база-эмиттер и коллектор-база малы. Напряжения на всех трех электродах транзистора отличаются не более чем на 1 В. Простейшая модель биполярного транзистора, соответствующая режиму насыщения, представляет звезду из короткозамкнутых ветвей (рис. 10.12, а).

Iб

 

Eнас

Rнас

Iк

Iэ

а б

Рис. 10.12

Более точная модель для режима насыщения показана на рис. 10.12, б. Она учитывает напряжение открытого эмиттерного перехода и ненулевое сопротивление коллекторного перехода. Для кремниевых транзисторов
E0 = 0.6–0.8 В, . Сопротивление резистора в цепи коллектора не превышает 50 Ом. Во многих случаях его полагают равным нулю.

Рис. 10.13

Режим отсечки. В этом режиме эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении, поэтому , , . Простейшая модель, соответствующая этому режиму, представляет разрыв
(рис. 10.13).

Примеры расчета цепей

с биполярными транзисторами

Используем модели биполярных транзисторов, рассмотренные в параграфе 10.4, для анализа цепей с БТ на постоянном токе. Расчет следует начинать с определения режима, в котором работает транзистор.

Пример 10.1. Рассчитать токи и напряжения в схеме, изображенной на рис. 10.14, а. Напряжение источника питания , сопротивление резистора в цепи базы , сопротивление коллекторного резистора . Коэффициент усиления тока базы . Сопротивлением коллекторного перехода в режиме насыщения пренебречь.

Решение. Мы не можем сказать заранее, в каком режиме – активном, отсечки или насыщения – работает транзистор. Предположим, что транзистор находится в активном режиме. Схема замещения, соответствующая этому режиму, показана на рис. 10.14, б.

а б

Рис. 10.14

Из уравнения по второму закону Кирхгофа для контура, включающего резистор , источники и , найдем, что ток базы

,

ток коллектора

,

напряжение между коллектором и эмиттером

,

напряжение коллекторного перехода

.

Расчеты показывают, что эмиттерный переход транзистора смещен в прямом направлении, а коллекторный – в обратном. Следовательно, как мы и предполагали, транзистор работает в активном режиме.

Увеличим теперь сопротивление резистора в цепи коллектора до 2 кОм. Повторив расчет для нового значения , получим:

, , .

Поскольку напряжение между коллектором и эмиттером отрицательно, коллекторный переход смещен в прямом направлении, и транзистор находится в режиме насыщения. Следовательно, в этом случае мы должны использовать другую модель транзистора.

Расчетная схема, соответствующая режиму насыщения, показана на рис. 10.15.

Рис. 10.15

Ток базы по-прежнему равен 143 мкА. Однако теперь ток коллектора не зависит от и равен

.

Пример 10.2. Рассчитать токи и напряжения в схеме, показанной на рис. 10.16. Напряжение источника питания , напряжение источника в цепи базы . Сопротивление резисторов , . Коэффициент усиления тока базы . Напряжение эмиттерного перехода равно 0.7 В.

Решение. Считаем, что транзистор работает в активном режиме. Заменим транзистор схемой замещения для активного режима (рис. 10.17).

В соответствии с первым законом Кирхгофа

.

Для контура, показанного на рис. 10.17 пунктиром, справедливо уравнение

.

Решая эти уравнения, получаем

.

Ток коллектора .

Ток эмиттера .

Напряжение коллектора .

Напряжение эмиттера .

Напряжение между коллектором и эмиттером .

Поскольку , транзистор работает в активном режиме, как мы и предположили в начале расчета.

Uк

Uэ

Iэ

Rэ

Еб

Еб

Rэ

Iэ

Uэ

Пример 10.3. Рассчитать токи и напряжения в схеме, показанной на рис. 10.18. Напряжение источника , сопротивление резисторов , . Коэффициент усиления тока базы .

VT

Iэ

Uк

Uэ

Rэ

Rк

Iк

Рис. 10.18

Решение. Поскольку база и эмиттер транзистора заземлены, очевидно, что эмиттерный и коллекторный переходы смещены в обратном направлении. Транзистор находится в режиме отсечки. Поэтому токи транзистора равны нулю. Напряжения , .