Что такое рабочая точка транзистора
Перейти к содержимому

Что такое рабочая точка транзистора

  • автор:

Понятие рабочей точки (РТ)

Анализ работы любого усилительного устройства удобно начинать с изучения его вольт-амперных характеристик. Основной характеристикой, используемой при таком анализе, является выходная характеристика, представляющая собой зависимость выходного тока от выходного напряжения:

Рис. 3.1. Семейство выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ

На рис. 3.1 приведено семейство выходных характеристик биполярного транзистора, включенного по схеме с ОЭ. В них в качестве выходного тока выступает ток коллектора \(I_К\), а в качестве выходного напряжения — напряжение между коллектором и эмиттером \(U_\). Заметим, что приблизительно так же будут выглядеть и выходные характеристики при включении с ОБ и ОК (рис. 3.12,б), а также выходные характеристики схем с полевыми транзисторами. Разница будет лишь в названиях электродов транзистора, выступающих в качестве выходных.

Очевидно, что при работе усилительного прибора величины входного напряжения и тока не остаются неизменными, а претерпевают некоторые колебания по закону изменения усиливаемого сигнала в определенном, задаваемом внешними цепями, диапазоне значений. При этом в каждый момент времени на семействе выходных характеристик можно указать единственную точку, соответствующую текущему состоянию усилительного прибора.

Если рассмотреть и другие характеристики усилителя (характеристики управления, входные характеристики, характеристики передачи), то окажется, что и на них эта точка всегда однозначно определена, если известны токи и напряжения на входных и выходных электродах.

Точка на плоскости выходных (или других) характеристик усилительного прибора, связывающая текущие значения напряжений и токов в нем, называется рабочей точкой. Заметим, что даже при отсутствии входного полезного сигнала усилительный каскад продолжает находиться в некотором вполне конкретном состоянии, которому соответствует некоторая вполне конкретная рабочая точка, ее обычно называют исходной рабочей точкой или рабочей точкой по постоянному току, если речь идет о транзисторном усилителе, предназначенном для усиления малых по амплитуде переменных токов и напряжений.

В дальнейшем все постоянные составляющие токов и напряжений на электродах усилительного прибора будем отмечать дополнительным индексом «0», а их переменные составляющие — дополнительным индексом «~» в соответствии с описанными в разделе 2.3 правилами. Т.е., например, значение коллекторного тока транзистора, соответствующее исходной рабочей точке (рабочей точке по постоянному току), будет обозначаться \(I_\), при этом полный ток коллектора в каждый момент времени будет равен \(I_К = I_ + I_>\), где в случае гармонического входного воздействия \(I_> = I_\sin\left(<\omega t + \varphi>\right)\).

Взаимосвязь изменений выходного тока и напряжения и изменений входного сигнала должна быть не только причинно-следственной, но и по возможности линейной. Только при линейной (пропорциональной) функциональной зависимости возможно неискаженное воспроизведение усиливаемого сигнала на выходе каскада при работе на линейную резистивную нагрузку. Косвенным признаком возможности неискажающей работы усилительного прибора является эквидистантность (равномерная плотность) графиков выходных характеристик, представленных на рис. 3.1. Очевидно, что условие эквидистантности выполняется лишь в ограниченной области значений токов и напряжений. Область выходных характеристик усилительного прибора, где указанное условие выполняется с приемлемой для практики точностью, называется усилительной областью (областью линейного усиления). На выходных характеристиках биполярных транзисторов (рис. 3.1) эта область ограничивается с одной стороны так называемой линией насыщения (переход за эту линию означает переход транзистора в режим насыщения), а с другой — линией отсечки (переход в режим отсечки). При выходе рабочей точки транзистора за указанные пределы не только нарушается пропорциональная зависимость изменений выходного сигнала от изменений входного сигнала, но вообще прекращается управляющее воздействие входного сигнала на выходной ток и напряжение, т.е. транзистор полностью теряет усилительную функцию. Считается, что транзистор работает в усилительном режиме (класс усиления А), если в процессе усиления рабочая точка не соприкасается с линиями насыщения и отсечки.

Напряжения и токи, а также внешние по отношению к усилительному прибору электрические цепи, обеспечивающие заданное положение рабочей точки по постоянному току, называются соответственно напряжениями, токами и цепями смещения. Напряжения и токи смещения также часто называют начальными.

Что такое «Рабочая точка транзистора»?

Что такое «Рабочая точка транзистора»? При каких условиях она создается? Какую функцию она создает?

Пожалуйста ответьте мне и по подробние (своими словами, что бы было попонятние))).

Лучший ответ

Даже совсем не сложно.. . Это точка на семействе выходных характеристик, в которой находится транзистор БЕЗ СИГНАЛА НА ВХОДЕ. При работе с отсечкой и автосмещением, рабочая точка соответствует МГНОВЕННОМУ НУЛЕВОМУ ЗНАЧЕНИЮ сигнала на входе.
Находится рабочая точка на нагрузочной прямой, которая в свою очередь является множеством возможных мгновенных значений режима транзистора при всех возможных изменениях входного сигнала. Эта прямая зависит от сопротивления в выходной цепи.
Я специально не упоминал ни схему включения, ни тип транзистора, поскольку это не имеет значения для ответа на вопрос.. .

Остальные ответы

Своими словами будет очень длинно! Могу дать «наводку» на правильный путь — что такое ВАХ знаешь? Двигайся в этом направлении. Да и ваще без рисунка сложно объяснить!

Рабочая точка транзистора это база Эмитер. Исполняет контролирующую функцию при подаче напряжения. То есть когда напряжение подается туда сюда, он как бы сглаживает его. Находится в коллекторе, это корпус. . Функция зависит от схемы подключения. Вот. Обьяснил как смог. Но лучше показать.

Чтобы усиливать сигналы без искажения, при нулевом входном сигнале напряжение на коллекторе транзистора должно быть отлично от нуля и обеспечивать макимальную амплитуду выходного неискажённого синала. Как правило, напряжение на коллекторе при нулевом сигнале выбирают равной половине напряжения питания.

Возможны и другие варианты. При работе транзистора в двухтактном усилтеле рабочую точку выбирают в районе нуля, поскольку транзистор усиливает либо только отрицательную, либо только положительную полуволну. Аналогично для транзистора, работащего в ключевом режие.

Ответ Марка абсолютно исчерпывающий, а вот ответ Суперти меня просто потряс. Пора вводить оценку ответов. Это такой бред, что на его фоне бред потомственных магов выглядит истинной наукой. Хотел подобрать подходящий пример, но даже придумать не могу подобного. Но, например, функция заморозки холодильника осуществляется открыванием дверцы.

Простейшие способы установки рабочей точки в схеме с общим эмиттером (ОЭ)

На рис. 3.3 приведена упрощенная схема включения биполярного транзистора \(n\)-\(p\)-\(n\)-типа с ОЭ, а на рис. 3.4 — семейства типичных статических характеристик этой схемы.

Рис. 3.3. Упрощенная схема включения биполярного транзистора n-p-n-типа с ОЭ

Рис. 3.4. Статические характеристики схемы с ОЭ

Внимательное рассмотрение этих характеристик позволяет сделать ряд полезных заключений о работе транзистора в анализируемой схеме. Естественно, рассматривать следует те участки характеристик, которые соответствуют активному режиму работы транзистора.

Во-первых, из входных характеристик (рис. 3.4,а) видно, что при достижении током базы \(_0\) определенного уровня он практически перестает влиять на напряжение \(>_0\), а вот незначительное изменение этого напряжения может приводить к существенным колебаниям тока \(_0\). Выходные характеристики (рис. 3.4,б) и характеристики передачи (рис. 3.4,в) позволяют сделать следующие заключения. Ток базы в активном режиме оказывает большое влияние на ток коллектора \(_0\) (естественно, и на ток эмиттера \(_0\), поскольку \(I_Э \approx I_К\)), а тот одновременно незначительно зависит от колебаний напряжения \(>_0\).

Итоговый вывод следующий: при включении по схеме с ОЭ на положение рабочей точки биполярного транзистора (т.е. на ток коллектора \(_0\)), находящегося в режиме линейного усиления (активный режим), наибольшее влияние оказывает ток базы \(_0\), который, в свою очередь, может сильно колебаться под воздействием изменений напряжения \(>_0\). Токи коллектора \(_0\) и эмиттера \(_0\) практически полностью определяются током базы транзистора. Напряжение \(U__0>\) не оказывает существенного влияния на другие электрические показатели каскада и должно выбираться только из соображений обеспечения нахождения транзистора в области линейного усиления и непревышения предельных электрических режимов на электродах транзистора.

На практике получили распространение два способа обеспечения заданного положения рабочей точки по постоянному току: схема с фиксированным током базы (рис. 3.5) и схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6).

Рис. 3.5. Схема с фиксированным током базы

Рис. 3.6. Схема эмиттерно-базовой стабилизации

В первой схеме стабильность всех показателей каскада по постоянному току базируется на поддержании устойчивого значения тока базы транзистора \(_0\). Достигается это созданием безальтернативной цепи протекания постоянного тока через резистор \(R_Б\) и эмиттерный переход транзистора \(VT1\). Поскольку сопротивление эмиттерного перехода мало, то ток \(_0\) целиком определяется напряжением питания \(U_П\) и значением базового сопротивления \(R_Б\):

\(_0 \approx \cfrac < >\Large \Rightarrow \normalsize < >R_Б = \cfrac<_0> \).

Стабильность тока базы в рассматриваемой схеме приводит к стабильности тока коллектора, поскольку

где \(\beta_\) — статический коэффициент передачи тока базы в схеме с ОЭ.

Но данная формула также демонстрирует и основной недостаток схемы с фиксированным током базы (рис. 3.5).

Дело в том, что при производстве биполярных транзисторов возникает большой разброс в возможных значениях коэффициента \(\beta_\), т.е. для разных экземпляров приборов необходимо устанавливать разные токи базы \(_0\), чтобы обеспечить требуемое значение тока коллектора \(_0\) (заметим, что в выборе этого параметра практически недопустимы никакие вольности, он определяет множество важнейших характеристик каскада, например, таких, как коэффициент усиления, линейность усиления, потребляемая мощность и т.п.). Таким образом, конкретная величина сопротивления \(R_Б\) будет определяться теми характеристиками, которые присущи именно конкретному экземпляру примененного в каскаде транзистора, а не всем приборам данной серии. Это крайне неудобно при серийном производстве, поэтому схема с фиксированным током базы не находит широкого применения, гораздо больше распространена схема эмиттерно-базовой стабилизации (рис. 3.6) и различные ее доработки.

Как следует из названия, в этой схеме положение исходной рабочей точки каскада стабилизируется за счет поддержания неизменного значения напряжения на переходе эмиттер—база транзистора. Простейший способ обеспечения данного режима состоит в применении подключенного к базе транзистора делителя напряжения на двух резисторах \(R1\), \(R2\), ток через который \(_0\) значительно превышает все возможные значения тока базы \(_0\) (это гарантирует, что ток базы транзистора не будет оказывать сколь-либо существенного влияния на напряжение в средней точке делителя). Стабильное напряжение \(>_0\) на эмиттерном переходе автоматически стабилизирует ток коллектора \(_0\) транзистора. Действительно, ведь

\( >_0 = _0 r_Б + _0 r_Э = _0 \left[ r_Б + (\beta_ + 1) r_Э \right] \approx _0 \beta_ r_Э = _ r_Э\)

Поскольку такой физический параметр транзистора, как сопротивление эмиттерной области \(r_Э\), остается достаточно стабильным при массовом производстве, то и отпадает необходимость подбирать элементы делителя напряжения под каждый конкретный прибор — достаточно лишь один раз произвести расчеты, учитывая типономинал применяемых транзисторов и требуемое значение тока коллектора (эмиттера). Таким образом, схема эмиттерно-базовой стабилизации оказывается гораздо более удобной при массовом производстве и поэтому используется гораздо чаще (у нее есть и другие достоинства, сделавшие ее столь популярной).

8.4.2 Выбор рабочей точки и графический анализ

В отличие от аналогичного резистивного каскада режим работы транзистора по постоянному и переменному токам здесь определяется различными сопротивлениями в выходной цепи. Режим постоянного тока (рабочая точка) определяются сопротивлением и сопротивлением контура по постоянному току, т.е. сопротивлением rк . Линия нагрузки по постоянному току (ЛН=) определяется выражением

На рис.2 показано построение ЛН= на выходные ВАХ транзистора. Пунктиром показана линия нагрузки для резистивного каскада с сопротивлением в коллекторной цепи, равным . Обычно rк достаточно мало, по крайней мере rк к . Поэтому ЛН= для резонансного каскада в данной области ВАХ идет почти вертикально.

Если сопротивление контура на резонансной частоте выбрать равным , то рабочую точку транзистора в резонансном каскаде можно выбрать так:

Для переменных токов и напряжений мгновенные значения на частоте сигнала, равной резонансной частоте контура, будут связаны соотношением

определяющим линию нагрузки ЛН~ на заданной частоте. На рис.2 ЛН~ проходит через рабочую точку. Ее наклон определяется величиной сопротивления контура на частоте входного сигнала. Ясно, что на резонансной частоте отклонение от вертикали ЛН~ будет максимальным, т.к. сопротивление контура на резонансной частоте самое большое. Если частота сигнала будет изменяться вправо или влево от резонансной, то в соответствии с изменением частоты модуль сопротивления контура будет уменьшаться:

ЛН~ будет поворачиваться вокруг рабочей точки, в пределе ( w = 0 и w = ) совмещаясь с ЛН=. Таким образом, при изменении частоты сигнала амплитуда выходного сигнала уменьшается от максимальной на резонансной частоте до нуля.

Для ориентировочного определения коэффициента передачи каскада на резонансной частоте, можно использовать ДПХ, построенную для

В резонансном каскаде амплитуда выходного напряжения может достигать величины , в то время, как в резистивном каскаде /2.

© Андреевская Т.М., РЭ, МГИЭМ, 2004

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *