Перейти к содержанию

Как выбрать рабочую точку транзистора?

Обновлено Редакция GAW

Содержание

Рабочая точка — это ток коллектора и напряжение коллектор–эмиттер в покое, без сигнала. Для усилителя с общим эмиттером её выбирают из двух соображений: VCE около половины питания даёт сигналу равный запас вверх и вниз, а ток коллектора выбирают там, где даташит гарантирует нужные hFE, частоту и шум. Затем точку закрепляют резистором в эмиттере, иначе она «уплывёт» с разбросом hFE и температурой.

Где брать ток коллектора

У MMBT3904 hFE нормировано при разных токах: 70 при 1 мА, 100–300 при 10 мА, 30 при 100 мА — максимум усиления в области 1–10 мА (график Fig. 1 даташита). Граничная частота 300 МГц дана при 10 мА, а коэффициент шума 5 дБ — при 100 мкА и источнике 1 кОм. Поэтому микрофонный каскад ставят на 0,1–1 мА, широкополосный — на 5–10 мА, универсальный — на 1–2 мА. Ток и напряжение покоя перемножают и сравнивают с мощностью корпуса: 310 мВт у SOT-23, но при 403 °C/Вт даже 50 мВт греют кристалл на 20 °C.

RC=VCC−VCE−VEIC,RE=VEIC,VB=VE+VBER_C = \frac{V_{CC} - V_{CE} - V_E}{I_C},\qquad R_E = \frac{V_E}{I_C},\qquad V_B = V_E + V_{BE}

Пример: 12 В, 2 мА (наш расчёт)

ШагРешениеРезультат
VCE в покоеполовина питания6 В
VE10 % питания для стабильности1,2 В → RE = 600 Ом → 620 Ом
RC(12 − 6 − 1,2) / 2 мА2,4 кОм
VBVE + VBE ≈ 1,2 + 0,651,85 В
IB максимальный2 мА / hFE(min) 70 при 1 мА29 мкА
Ток делителя≥ 10 × IB0,3 мА → R2 = 6,2 кОм, R1 = 30 кОм
Мощность покоя6 В × 2 мА12 мВт из 310 мВт

VBE здесь взято как нижняя граница VBE(sat) из даташита — 0,65 В; точное значение в активном режиме чуть ниже, и резистор в эмиттере как раз скрывает эту разницу. Делитель с током в десять раз больше базового делает напряжение базы почти независимым от hFE: при hFE 300 вместо 70 ток базы упадёт до 7 мкА, VB поднимется лишь на 0,11 В (внутреннее сопротивление делителя 5,1 кОм), а ток покоя — примерно на 9 %. Подробно режимы транзистора и почему смещение по постоянному току задают именно так, разобраны в теории биполярного транзистора.

Что проверить

  1. Предельные режимы. VCEO MMBT3904 — 40 В, так что при питании до 30 В запас есть; ток 2 мА далёк от 200 мА.
  2. Тепловая стабильность. Без эмиттерного резистора рост температуры увеличивает IC, нагрев — ещё больше IC; тепловой разгон в маломощных каскадах редок, но 1 В на эмиттере снимает вопрос.
  3. Другой транзистор — другие цифры: у MMBT2222A hFE при 1 мА гарантировано лишь 50, а при 150 мА — 100–300; сравнение в карточке 2N2222 и 2N3904.

Если транзистор работает не усилителем, а ключом, рабочую точку не выбирают: он либо закрыт, либо в насыщении, и считают только резистор базы.

Похожие вопросы

Почему именно половина питания, а не меньше?

В покое коллектор может уйти вверх до питания и вниз до насыщения — около 0,2 В плюс напряжение на эмиттере. При VCE = Vcc/2 оба запаса одинаковы, и амплитуда неискажённого сигнала максимальна; если каскад заведомо усиливает милливольты, точку можно сдвинуть ради меньшего тока или шума.

Зачем резистор в эмиттере, если он уменьшает усиление?

Он делает точку независимой от hFE и температуры: при разбросе hFE от 100 до 300 ток покоя без эмиттерного резистора менялся бы втрое, а с падением 1 В на нём — на проценты. Усиление возвращают конденсатором параллельно резистору — по переменному току эмиттер снова на земле.

Какой ток покоя лучше для малошумящего каскада?

Малый: даташит MMBT3904 нормирует коэффициент шума 5 дБ при 100 мкА и источнике 1 кОм. Для высокочастотного каскада, наоборот, ток поднимают к 10 мА, где нормированы fT 300 МГц и максимальное hFE; между ними выбирают по тому, что важнее.

Источники

  1. Diodes Incorporated. MMBT3904: 40V NPN Small-Signal Transistor in SOT23 (DS30036 Rev. 27-2, March 2025) — VCEO 40 В, IC до 200 мА, PD 310 мВт, RθJA 403 °C/Вт; hFE не менее 40 при 100 мкА, 70 при 1 мА, 100–300 при 10 мА, 60 при 50 мА, 30 при 100 мА (VCE 1 В); hfe сигнальное 100–400 при 1 мА и 10 В; fT не менее 300 МГц при 10 мА и 20 В; NF не более 5 дБ при 100 мкА, 5 В, RS 1 кОм, 1 кГц; VBE(sat) 0,65–0,85 В при 10 мА; графики Fig. 1 — hFE от IC, Fig. 4 — IC от VCE
  2. Diodes Incorporated. MMBT2222A: 40V NPN Small-Signal Transistor in SOT23 (DS30041 Rev. 18-2, June 2025) — для сравнения: hFE не менее 50 при 1 мА, 75 при 10 мА, 100–300 при 150 мА (VCE 10 В); IC до 600 мА; PD 310 мВт в SOT-23
Страница помогла?

Нашли ошибку? ·

Смотрите также