Статический режим усилительного каскада

Выбор рабочей точки

 

Транзистор в целом является нелинейным элементом. Поэтому для использования его в качестве линейного усилительного элемента необходимо задать рабочую точку транзистора. Рассмотрим на примере усилительного каскада по схеме с общим эмиттером. Все построения показаны на рис. 1.1.

Определение области усилительного режима по выходным ВАХ транзистора

Область усилительного режима ограничена предельно допустимыми значениями тока коллектора , напряжения коллектор – эмиттер и допустимой мощностью рассеяния на коллекторе (даются в справочниках по транзисторам). Для большей надежности рабочую область иногда еще больше ограничи-

 

вают уровнями 0.7 , 0.7 и 0.5 . Снизу отсекаются характеристики, параметр которых – ток базы - соответствует нелинейному участку входных ВАХ характеристик транзистора. Слева исключаются нелинейные участки переходной области, в которой транзистор начинает входить в режим насыщения.

В обрисованной зоне ставится точка – рабочая точка транзистора. Выбор местоположения точки зависит от назначения усилительного каскада (рассмотрим позже). Пусть это будет точка А. Поставив рабочую точку, мы можем определить все ее координаты: . По входным ВАХ можно найти , а, зная соотношения между токами и между напряжениями транзистора, вычислить все недостающие параметры рабочей точки - .

В окрестности рабочей точки определяют все физические и h–параметры транзистора, которые необходимы для расчетов усилительного каскада на переменном токе.

 

 

Обеспечение рабочей точки

 

В самом общем случае рабочую точку транзистора можно задать с помощью резисторов и источников э.д.с постоянного тока, включенных в цепи электродов транзистора. Эквивалентная схема такой цепи показана на рис.1.2. Полярность источников смещения, а также направления токов взяты для p–n–p–транзистора. Постоянное падение напряжения на эмиттерном переходе заменено эквивалентным генератором .

Рассмотрим входной контур. По закону Кирхгофа (обход по току базы из точки ):

.

Заменив ток эмиттера по формуле получим:

 

 

Обобщенная эквивалентная схема усилительного каскада на постоянном токе

В этой формуле есть " неудобное" напряжение , которое невозможно измерить. Но его можно вычислить, если взять напряжение между базой и эмиттером: . Откуда

 

.

 

Подставим в основное выражение и найдем ток базы:

 

.

 

Обозначим:

; ; .

Получим:

.

Из выражения видно, что ток базы состоит из двух составляющих – тока базовой цепи входного контура и части тока коллектора. - коэффициент токораспределения базы, показывающий, какая часть тока коллектора ответвляется в базу. Подставим ток базы в формулу тока коллектора :

.

Откуда

,

и окончательно

. (1.1)

 

Таким образом, ток коллектора может быть определен, если известны параметры транзистора и элементы эмиттерно–базовой цепи. и не оказывают влияния на ток коллектора. Это справедливо, так как коллекторный ток образуется токами генераторов и , которые присутствуют в выражении .

Связь между и можно найти, если рассмотреть другой контур, например, цепь коллектор–эмиттер. С учетом знаков, сохраняя обход по току базы, получим:

, (*)

или через большой контур:

.

 

Первое выражение применяют для каскада по схеме с общим эмиттером, а второе – для схемы с общей базой. Эти уравнения носят название уравнений нагрузочных прямых.

- напряжение на эмиттере транзистора относительно общего провода. - напряжение на базе относительно общего провода.

Уравнение нагрузочной прямой вместе с уравнением тока коллектора образуют систему уравнений, определяющих рабочую точку транзистора. В систему входят известные параметры рабочей точки ( , , , ), справочные данные транзистора ( , ), а также неизвестные элементы схемы - , , , , , . Так как неизвестных параметров шесть, а уравнений всего два, то четыре из них надо задать, а остальные два получатся в результате решения системы уравнений.

 

 

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: