5. Nastavení pracovního bodu nelineárního dvojbranu

K modelování bipolárního tranzistoru se často používá dvojbran popsaný admitančními parametry. Odvoďte transformační rovnice, které platí mezi modelem popsaným y parametry a h parametry. Nakreslete náhradní obvodové schéma malosignálového admitančního modelu tranzistoru.

Řešení:

Admitanční model, jehož obvodové schéma je na obr. 5.7, získáme ze smíšeného modelu rovnic bipolárního tranzistoru tak, že z 1. rovnice smíšeného modelu si vyjádříme proud i1 a ten dosadíme do 2. rovnice jeho modelu. Získáme tak soustavu rovnic

,

takže prvky admitanční matice jsou dány

, , , .

Obr. 5.7 Náhradní schéma linearizovaného, admitančního modelu bipolárního tranzistoru pro střídavý signál, úloha k řešení 5.1

1. Tranzistor jako zesilovač

I když tranzistor nazýváme aktivním polovodičovým prvkem, modelujeme ho neautonomním dvojbranem, což znamená, že jeho model obsahuje řízené zdroje, které ale nejsou nezávislé, takže jsou schopny dodat jen omezený výkon. Fakticky to znamená, že aby tranzistor jako součástka se choval jako aktivní prvek, musí být napájen z nezávislého stejnosměrného zdroje. Stejnosměrný zdroj připojený k tranzistoru póluje tranzistor tak, aby byl zapojen v aktivním režimu, ve kterém vzniká tranzistorový jev a naopak tranzistor změnou vodivosti způsobenou střídavým zdrojem připojeným k jeho propustně pólovanému přechodu distribuuje energii nezávislého stejnosměrného zdroje.

• Nastavení pracovního bodu tranzistoru

Abychom tranzistor využili k zesilování signálu, musíme ho nastavit do stejnosměrného pracovního bodu, který umístíme do sítě jeho výstupních charakteristik tak, aby se co nejméně projevilo zkreslení zesilovaného signálu nelinearitou jeho charakteristik. V okolí pracovního bodu provedeme linearizaci jeho parametrů a modelujeme ho střídavými h parametry. Pracovní bod nastavujeme rezistorem R, kterým omezujeme velikost proudu stejnosměrného zdroje, viz obr. 5.8.

Obr. 5.8 Princip nastavení pracovního bodu bipolárního tranzistoru

Odpovídající hodnoty souřadnic pracovního bodu v síti vstupních charakteristik, které musíme nastavit rezistory připojenými k stejnosměrnému zdroji, získáme průmětem pracovního bodu P v síti výstupních charakteristik přes charakteristiku převodní. Postup si ilustrujme na zapojení NPN tranzistoru se společným emitorem na obr 5.9.

Obr. 5.9 Obvodové schéma k praktickému nastavení pracovního bodu bipolárního tranzistoru

Pracovní bod tranzistoru P, na obr. 5.10, daný souřadnicemi UCEP , ICP ve výstupní charakteristice nastavíme do požadované polohy volbou hodnoty odporu rezistoru

.

Průmětem hodnoty proudu ICP do převodní charakteristiky získáme hodnotu potřebného bázového proudu IBP, pro kterou odečteme ze vstupní charakteristiky hodnotu odpovídajícího napětí UBEP. Souřadnicím vstupní charakteristiky IBP, UBEP odpovídá poloha pracovního bodu ve vstupní charakteristice .Tyto hodnoty musíme nastavit rezistory RD, RF. Pro proudové buzení, kdy lim , bude hodnota odporu rezistoru