Рабочая точка транзисторного каскада

Лабораторная работа №6

6.1 Цель работы

Изучить основные схемы выбора и стабилизации положения рабочей точки транзисторного каскада.

6.2 Краткие теоретические сведения

Рабочей точкой транзистора называется точка на динамической характеристике, определяющая напряжение на транзисторе и ток, протекающий через него при отсутствии входного сигнала. Рабочая точка транзистора характеризуется четырьмя параметрами: U_ко, I_ко, U_бэо, I_бо.

Применяют две основные схемы задания положения рабочей точки:

1) фиксированным током базы;

2) фиксированным напряжением на базе.

Схемы стабилизации предназначены для обеспечения стабильности положения рабочей точки при воздействии различных дестабилизирующих факторов, в частности, при изменении температуры.

Применяют три схемы стабилизации:

1) коллекторная (с обратной связью и без);

2) эмиттерная (с обратной связью и без);

3) смешанная (с обратной связью и без).

Коллекторная схема стабилизирует положение рабочей точки, но не устраняет влияние температуры на свойства транзистора. Поэтому стабилизация режима лишь частично устраняет последствия вредного влияния температуры.

Особенности схемы:

· простота реализации;

· эффективно работает при

U_к0 = Е_к/2;

· происходит снижение коэффициента усиления, так как часть усиленного переменного напряжения через резисторR_бпередается на вход транзистора с фазой, противоположной фазе усиливаемого сигнала, то есть получается отрицательная обратная связь.

Для устранения уменьшения коэффициента усиления применяется улучшенная схема, в которой устранена отрицательная обратная связь по переменной составляющей.

Особенности эмиттерной схемы стабилизации:

· большое количество компонентов;

· высокая стабильность положения рабочей точки;

· снижается коэффициент усиления из-за наличия отрицательной обратной связи по переменному току (входной сигнал распределяется между базо-эмиттерным переходом и эмиттерным резистором).

Для устранения последнего недостатка эмиттерный резистор шунтируют конденсатором, значения которого выбирают из условия

1/(wн * Cэ) << Rэ,

где wн - самая низкая частота спектра входного сигнала.

Особенности смешанной схемы стабилизации:

· большое количество компонентов;

· самая высокая стабильность положения рабочей точки;

· сложность расчетов;

· снижается коэффициент усиления из-за наличия двух отрицательных обратных связей по переменному току.

6.3 Выполнение работы

6.3.1 Схема задания положения рабочей точки транзисторного каскада фиксированным током базы

Определим значения параметров, которые характеризуют положение рабочей точки каскада:

Для данного транзистора b = 105,5. Тогда:

Для определения недостающего значения , синтезируем схему для исследования статических характеристик применяемого транзистора (рисунок 6.1). По входной характеристике (риснок 6.2) определяем требуемое значение параметра.

Рисунок 6.1 — Схема для исследования статических характеристик

Рисунок 6.2 — Входная характеристика

. Определяем сопротивление R_б:

На основе полученного приблизительного значения сопротивление R_б в данной схеме (рисунок 6.3) было подобрано таким образом, чтобы при температуре окружающей среды 27˚, значения коллекторного тока и напряжения соответствовали заданным (рисунок 6.4). Реальное .

Погрешность

Рисунок 6.3 — Схема задания положения рабочей точки транзисторного каскада фиксированным током базы

Рисунок 6.4 — Влияние температуры на рабочую точку

Было изучено влияние температуры на рабочую точку в диапазоне (0…108^оС) с шагом 27^оС. Из рисунка видно, что с повышением температуры ток коллектора возрастает, а напряжение коллектор-эмиттер снижается.

Изменение температуры во всём диапазоне равномерно изменяет положение рабочей точки.

6.3.2 Схема задания положения рабочей точки транзисторного каскада фиксированным напряжением на базе

Определим значения параметров, которые характеризуют положение рабочей точки каскада:

Для данного транзистора b = 105,5. Тогда:

Для определения недостающего значения , синтезируем схему для исследования статических характеристик применяемого транзистора (рисунок 6.5). По входной характеристике (рисунок 6.6) определяем требуемое значение параметра.

Рисунок 6.5 — Схема для исследования статических характеристик

Рисунок 6.6 — Входная характеристика

.

Выбираем ток делителя I_д.=10×I_б0= 40.38 мкА.

Рассчитаем сопротивления резисторов делителя:

На основе полученных значений сопротивление R_д1 на схеме (рисунок 6.7) было подобрано таким образом, чтобы при температуре окружающей среды 27˚, значения коллекторного тока и напряжения соответствовали заданным (рисунок 6.8). Реальное .

Погрешность

Рисунок 6.7 — Схема задания положения рабочей точки транзисторного каскада фиксированным напряжением на базе

Рисунок 6.8 — Влияние температуры на рабочую точку

Было изучено влияние температуры на рабочую точку в диапазоне (0…108^оС) с шагом 27^оС. Из рисунка видно, что с повышением температуры ток коллектора возрастает, а напряжение коллектор-эмиттер снижается.

Изменение температуры во всём диапазоне неравномерно изменяет положение рабочей точки.

6.3.3 Схема эмиттерной стабилизации положения рабочей точки транзисторного каскада

Выбираем R_э= 0.1×R_н= 680 Ом.

Определим значения параметров, которые характеризуют положение рабочей точки каскада:

Для данного транзистора b= 87.36. Тогда:

Для определения недостающего значения , синтезируем схему для исследования статических характеристик (рисунок 6.9) применяемого транзистора. По входной характеристике (рисунок 6.10) определяем требуемое значение параметра.

Рисунок 6.9 — Схема для исследования статических характеристик

Рисунок 6.10 — Входная характеристика

.

Выбираем ток делителя I_д.=10×I_б0= 290.75 мкА.

Рассчитаем сопротивления резисторов делителя:

На основе полученных значений сопротивление R_д2 на схеме (рисунок 6.11) было подобрано таким образом, чтобы при температуре окружающей среды 27˚ С, значения коллекторного тока и напряжения соответствовали заданным (рисунок 6.12). Реальное .

Погрешность .

Рисунок 6.11 — Схема эмиттерной стабилизации положения рабочей точки транзисторного каскада

Рисунок 6.12 — Влияние температуры на рабочую точку

Было изучено влияние температуры на рабочую точку в диапазоне (0…108^оС) с шагом 27^оС. Из рисунка видно, что с повышением температуры ток коллектора возрастает, а напряжение коллектор-эмиттер снижается.

В схеме эмиттерной стабилизации изменение температуры заметно слабее влияет на изменение положения рабочей точки.

6.4 Особенности функционирования программы Micro-Cap 8, выявленные в ходе выполнения лабораторной работы

В ходе выполнения лабораторной работы никаких особенностей программы Мсго-Сар 8 не было выявлено.

6.5 Выводы

Во время проведения лабораторной работы были исследованы схемы задания и стабилизации положения рабочей точки транзисторных каскадов. Характеристики схем, не использующих стабилизацию положения рабочей точки, оказались сильно подверженными влиянию на них температуры. Параметры рабочей точки в таких схемах могли сместиться более чем на 40 – 50% как в положительную, так и в отрицательную сторону.

Третья схема, в которой применяется эмиттерная стабилизация, отличается намного более высокой стабильностью положения рабочей точки. Разброс параметров рабочей точки в этой схеме значительно меньше, чем в двух предыдущих.