сти рассеяния Ркмакс Снизу рабочая область ограничивается характеристикой сквозного тока /кбо, снятой при /э=0.

Исходный режим работы транзистора определяется выбором положения рабочей точки на нагрузочной характеристике. Для получения неискаженного усилия рабочая точка выбирается примерно в середине рабочего участка нагрузочной характеристики. Рабочий участок не должен выходить за пределы максимально

допустимых значений /к макс, f/кбмакс, Ркмакс, а ТаКЖе ТОЙ ЧаСТИ

нагрузочной характеристики, в пределах которой равным изменениям входного А/э соответствуют равные изменения выходного тока Д/к. Выбираем рабочую точку О на нагрузочной характеристике выходной цепи в пересечении со статической характеристикой, снятой при /э=12 мА. Эту же точку О обозначим на нагрузочной характеристике (или на статической характеристике, принятой за таковую) входной цепи (см. рис. 5.15, б). Для получения неискаженного усилия управляющий ток Ig может изменяться в пределах линейного участка входной характеристики, т. е. от /оэ=12 мА в сторону увеличения до /э=20 мА и в сторону уменьшения до /э= = 4 мА, следовательно, амплитуда входного тока составит /эт= = 8 мА.

Работа транзистора как усилительного элемента. 1. В режиме покоя к эмиттерному и коллекторному переходам приложены лишь постоянные напряжения Eg и к (см. рис. 5.14 и 5.15), поэтому во входной и выходной цепях проходят только постоянные токи покоя /оэ=12 мА и /ок=11,8 мА. На графиках токов 1э=ф(0 и гк = ф(0 режим покоя обозначен в интервале времени -(см. рис. 5.15, а и б).

2. При подаче на вход усилителя переменного напряжения сигнала Us6msm(ut (интервал Л-з) на входе транзистора к эмиттерному переходу будет приложено напряжение Ивх = £э-Ь эб.т81псо. В фазе с изменением входного напряжения Ывх будет изменяться управляющий ток 1э = /оэ-Ь/этsin cof. В схеме с ОБ /к~/э, поэтому изменения тока ik в коллекторной цепи следуют за изменениями управляющего (входного) тока, т. е./к=/ок-1-/кт sin со/.

3. В выходной цепи ток гк на нагрузке создает напряжение

Ил = гк/?н = /ок/?н + /?н/кт sin СО? = оЛ + f/лт Sin (at = UoR+Ur .

Эффективность усиления сигнала транзисторным каскадом определяется значением переменной составляющей тока /KmSinco/. От нее зависит значение напряжения сигнала на нагрузке Un = = URm sin at, a следовательно, и его полезная выходная мощность.

Напряжение на нагрузке изменяется в фазе с током коллекторной цепи. С увеличением тока 1к (при положительном полупериоде напряжения Ивх) возрастают напряжение на нагрузке Ин=1к/?е и выходное напряжение, действующее между коллектором и базой Ивых=гкб=£к-IkRii- В результате выходное напряжение кб(вых) изменяется в фазе с напряжением сигнала на входе эб(вх) (см. графики изменения кб(вых) и эб(вх) внизу рис. 5.15). Фазовый сдвиг напряжений в схеме с ОБ ф„ „ =0.

"вх~"вых

Обычно сопротивление нагрузки в выходной цепи транзистора выбирают большим, поэтому амплитуда сигнала на нем значительно превышает амплитуду входного напряжения сигнала. Такой каскад обеспечивает усиление сигнала tio напряжению и мощности.

Параметры квазистатического нагрузочного режима. Квазистатический режим характеризуется изменениями во время работы всех токов и напряжений в цепях транзистора. Параметры квазистатического режима, связывающие между собой малые изменения токов и напряжений, можно определить через их амплитудные значения.

Амплитудное значение входного тока нами принято /эт=8 мА. Полный размах входного тока 2/эт=16 мА. Ему соответствуют изменение входного напряжения 2£/эбт = 0,15 В, выходного тока 2/кт=15,5 мА и напряжения 2f/K6m=I5 В (см. рис. 5.15). По полученным значениям токов й напряжений определяют параметры нагрузочного режима:

коэффициенты передачи по току и усиления по напряжению:

-2/з. ~ 16 «-2f36.~0.15-°°

мощность сигнала во входной цепи транзистора

/вх 0,5/f/6m =0,5-8-10-3.о,075 = 0,3-10-3 Вт;

полезную выходную мощность, выделяющуюся в нагрузке, /вых = 0,5/э£/эбт = 0,5-7.8-10-3.7,5 = 29-10-3 Вт;

коэффициент усиления по мощности

Л-м = Яв.,х/Рвх = КпКс = 29-10-3/0,3-10-3 -97.

входное и выходное сопротивления транзистора:

Гьх ~ Лпб = Ыт/эт = 0,075/8-10-3 = 9,4 Ом; в.х « I/ft226 = и,,и1кт = 7,5/7,8-10-3 = 960 Ом.

Параметры квазистатического режима можно выразить через /г-параметры транзистора:

/Ст = А21б/( 1 + Л22/?н); Кп = Л.21/?й/[1 - (ЛцЛгг - hhii) (RJhn)] йц.

Коэффициенты Кт и Кп пропорциональны статическому коэффициенту передачи тока /i2i6 и зависят от значения Ян- С увеличением iRs снижается /Ст, а Ян возрастает.

§ 5.8. Частотные свойства биполярного транзистора

На высокой частоте ухудшаются усилительные свойства транзистора. Это происходит по ряду причин.

Инерционность процессов в базе. В диапазоне ВЧ на работу транзистора велико влияние инерционности физических процессов (диффузии, дрейфа, рекомбинации неосновных носителей заряда, а

я? D tj tif t Рис. 5.16. Процессы в базе при быстром изменении тока эмиттера:

а -диаграмма тока эмиттера; 6 - распределение концентрации дырок в базе; в -диаграмма тока коллектора

также перезарядки барьерных емкостей р-п-р-переходов). Инжектированные в базу носители достигают коллектора не мгновенно. Если время движения инжектированных носителей в базе сравнимо с периодом следования усиливаемого ВЧ колебания (рис. 5.16, а), то носители не успевают достичь коллектора за время действия прямой (ускоряющей) полуволны сигнала, снижающего потенциальный барьер в эмиттерном переходе. При действии обратной полуволны синусоидального напряжения сигнала потенциальный барьер в эмиттерном переходе увеличивается, поэтому уменьшаются инжекция носителей и их концентрация вблизи эмиттера (рис. 5.16, б). При этом может возникнуть обратное (из объема базы к эмиттеру) диффузионное перемещение носителей. Одновременно усилится рекомбинация носителей в базе.

Инерционность процессов в базе приводит к отставанию по фазе на высокой частоте переменной составляющей тока коллектора от переменной составляющей тока эмиттера. Кроме этого, рассеяние импульса инжектированных носителей (за время движения через базу) из-за разброса их скоростей диффузии вызывает с увеличением частоты уменьшение амплитуды тока коллектора (рис. 5.16, е). С увеличением частоты заметно снижаются реактивные сопротивления емкостей Сэ эмиттерного и Ск коллекторного переходов, что приводит к шунтированию этими емкостями сопротивлений эмиттерного и коллекторного переходов.

В результате этих процессов на высокой частоте коэффициенты инжекции и передачи тока (Д216 и /121э) становятся комплексными величинами. С увеличением частоты изменяются как модули /12,б и 12131 коэффициентов передачи, так и фазовый угол между входным и выходным токами. Конечный результат этих явлений - снижение усиления и ухудшение других параметров, характеризующих