Аппроксимация

Для выполнения операции «аппроксимация» из семейства входных и проходных статические характеристики выделяются следующие:

при ,

при

Из семейства выходных характеристик выделяется характеристика, снятая для напряжения на базе, соответствующем середине линейного участка проходной характеристики, например,

при .

Выбранные для аппроксимации статические характеристики транзистора

Правила аппроксимации

Линейная часть проходной характеристики продлевается вниз до пересечения с осью абсцисс, и вверх до пересечения с линией критического режима. Аналогичная операция выполняется для входной характеристики.

Для выходной характеристики линейная часть в активной области продлевается до пересечения с ЛКР.

Аппроксимированный вид проходной, входной и выходной характеристик показан на рисунке.

Параметры аппроксимации

-крутизна проходной характеристики транзистора в активной зоне. Полагают, что в активной области все другие проходные характеристики имеют ту же крутизну. В зоне насыщения .

- крутизна входной характеристики в активной зоне. В зоне насыщения крутизна принимает значение для активной зоны.

- напряжение запирания аппроксимированной проходной характеристики при е_к=Е_к. Оно именуется напряжением отсечки. Напряжение отсечки для любых других проходных характеристик обозначается .

- крутизна линии критического режима в выходной системе координат.

- выходная проводимость транзистора в активной зоне.

- проницаемость по коллектору транзистора в активной зоне. Показывает влияние напряжения на коллекторе на ток коллектора. При .

- напряжение приведения.

Принимается за величину постоянную для любой аппроксимированной проходной характеристики. В результате получим выражение

- контактная разность потенциалов закрытого базо-эмиттерного перехода. = 0.6 В для транзисторов n-p-n – типа, и (-0.25) В для транзисторов p-n-p - типа.

- значение тока насыщения для произвольного напряжения на коллекторе и формула для его расчета.

Уравнения проходной и выходной аппроксимированных статических характеристик

Принимая во внимание принятые параметры аппроксимации, запишем уравнения проходной и выходной характеристик биполярного транзистора. Это уравнения прямых линий в декартовой системе координат

при

при

при

Если принять за аргумент, а за параметр, то приведенная выше система будет описывать статические проходные характеристики в области отсечки, активной области и области насыщения соответственно.

Если принять за аргумент, а за параметр, то приведенная выше система будет описывать статические выходные характеристики в области отсечки, активной области и области насыщения соответственно.

Следует сказать, что область насыщения при больших значениях практически недостижима, т. к. токи насыщения превышают предельно допустимые значения. При относительно малых значениях токи насыщения можно получить достаточно просто, как теоретически, так и экспериментально.

Уравнения аппроксимированных проходных и выходных характеристик АЭ получили название основных характеристик АЭ.

Аналогичным образом можно записать уравнения аппроксимированных входных характеристик транзистора.

при

при

при

Классы работы АЭ ГВВ

Различают следующие классы работы АЭ ГВВ.

Линейный класс, который обозначается буквой «А».

Этот класс имеет две разновидности: класс «А» в режиме малого сигнала, захватывающий очень малый участок проходной характеристики АЭ и класс «А» в режиме большого сигнала, когда используется достаточно большой участок проходной характеристики. В ГВВ чаще используется второй вариант кл. «А».

Класс «А» - это такой класс, когда рабочая точка, перемещаясь по проходной характеристики не выходит за пределы активной зоны АЭ. Этот класс считается линейным классом. Полностью справедливым такое утверждение следует считать только для малых сигналов - . В режиме относительно большого сигнала захватывается большой интервал проходной характеристики, которая в целом нелинейная. Поэтому в выходном токе будут содержаться высшие гармоники. Если уровень гармоник превышает допустимую норму, то цепь согласования такого ГВВ должна разрабатываться с учетом обеспечения требуемой фильтрации.

Класс «А»

Достоинством класса «А» является предельно большой коэффициент усиления по мощности, особенно в режиме малого сигнала, линейность величин входного и выходного сопротивлений АЭ.

Недостатком класса «А» является низкий электронный КПД ГВВ. В классе «А» амплитуда первой гармоники выходного тока всегда меньше величины постоянной составляющей тока. Поэтому значение электронного КПД ГВВ в классе «А» малого сигнала исчезающе мал. Электронный КПД ГВВ в класса «А» большого сигнала обычно заключен в пределах

.

КПД 45% - это предельно большая величина коэффициента полезного действия ГВВ в классе «А», когда .

Нелинейные классы работы АЭ ГВВ.

Нелинейные классы работы имеет следующие разновидности: «АВ», «В», «С».

При работе в этих классах ток выходного и входного электродов АЭ имеет форму косинусоидальных импульсов с углами отсечки . Под углом отсечки понимают фазовый угол, соответствующий половине времени протекания тока косинусоидальной формы. Величины углов отсечки всегда лежат в интервале

.

В классе «АВ» угол отсечки лежит в интервале

.

В классе «С» угол отсечки лежит в интервале

.

Классом «В» считается случай, когда угол отсечки равен .

При работе в любом из нелинейны классов ток коллектора (и ток базы) представляет собой периодическую последовательность косинусоидальных импульсов, которую можно представить в виде ряда Фурье

.

Вес и любой гармоники зависят от высоты импульса и угла отсечки и определяются соотношениями

Коэффициенты и т. д. называются коэффициентами Берга и показывают вес постоянной составляющей и гармоник в косинусоидальной импульсной последовательности. Зависимость коэффициентов Берга от угла отсечки показана на рисунке и таблице.

Как видно из приведенных графиков при работе АЭ в нелинейных классах «АВ», «В», «С», вес первой гармоники в косинусоидальной импульсной последовательности больше веса постоянной составляющей, что предопределяет более высокий электронный КПД при работе ГВВ в нелинейных режимах. При кусочно-линейной аппроксимации электронный КПД ГВВ можно представить в виде

,

где - называется коэффициентом использования питающего напряжения. Чем больше и отношение , тем больше электронный КПД ГВВ.

Класс «АВ»

Для того, чтобы АЭ ГВВ работал в классе «АВ» необходимо выбрать смещение

,

а амплитуду напряжения источника возбуждения из условия

.

В этом случае угол отсечки будет принадлежать интервалу ]90⁰÷180⁰[. Конкретная величина угла отсечки рассчитывается по формуле

[рад].

Класс «В»

Для того чтобы АЭ ГВВ работал в классе «В». необходимо выбрать смещение

,

В этом случае угол отсечки будет равен и не зависит от амплитуды напряжения возбуждения. Это следует и из формулы

[рад].

Класс «С»

Для того, чтобы АЭ ГВВ работал в классе «С» необходимо выбрать смещение

,

а амплитуду напряжения источника возбуждения из условия

.

В этом случае угол отсечки будет принадлежать интервалу ]0÷90⁰[. Конкретная величина угла отсечки рассчитывается по формуле

[рад].

Сравнительная оценка нелинейных классов

Для простоты сравнения приведенные выше рисунки для разных классов работы транзистора выполнены в предположении одинакового использования АЭ по току, т. е. . На основании сравнения можно сделать следующие выводы:

1. Коэффициент усиления транзистора по току не зависит от класса работы

.

2. Коэффициент усиления транзистора по напряжению существенно зависит от выбранного класса работы. Такую же зависимость будет иметь и коэффициент усиления транзистора по мощности. Максимальные коэффициенты усиления по напряжению и мощности имеют место при работе в классе «А». Ниже на рисунке приведен график, показывающий, во сколько раз уменьшаются коэффициенты усиления и от выбранного угла отсечки в пределах от 0 до 180⁰. График соответствует условию .

3. При работе транзистора в нелинейных режимах (с отсечкой по коллекторному току) увеличивается c 1 до 2 отношение

при уменьшении угла отсечки от 180⁰ до 0. Это приводит к росту электронного КПД ГВВ. График зависимости от угла отсечки показан на рисунке. Причина уменьшения КПД при углах отсечки меньших (50-55)⁰ связана с уменьшением . Причина этого явления будет показана ниже.

4. В классе «С» существенно увеличивается величина запивающего напряжения и превысить величину предельно- допустимого напряжения на базо-эмиттерном переходе . Это может привести к выходу транзистора из строя из-за пробоя перехода.

4. Наиболее предпочтительным классом работы АЭ ГВВ считается нелинейный класс «В», т.к. при этом уменьшается всего в два раза в сравнении с в классе «А», а электронный КПД возрастает до ((70-74)%.

Дата добавления: 2015-07-24