Главная | Обратная связь

Токи в схеме усилительного каскада

В цепях усилительного каскада протекают как постоянный, так и переменный токи. Из-за наличия в схеме конденсаторов эти токи протекают по разным цепям. Цепь постоянного тока показана на рис.2.2. Она состоит из двух параллельно включенных ветвей. Одна из них включает транзистор, другая – делительную цепочку R - R . Через резистор R протекают два тока: ток базы I_Б и ток делительной цепочки I . Оба эти тока существенно меньше тока коллектора I .

Электрический режим транзистора по постоянному току определяется решением уравнения состояния, записываемое на основе второго закона Кирхгофа для контура, в который входят транзистор, резисторы R и R , а также источник Е . С учетом малой величины внутреннего сопротивления этого источника и малого отличия токов эмиттера и коллектора уравнение состояния можно представить как

Е = U + I (R + R ). (2.2)

Откуда

U = Е - I (R + R ). (2.3)

 

Поскольку транзистор является нелинейным элементом, решение уравнения (2.3) проводится методом пересечения характеристик: внешней характеристики источника Е с отнесенными к нему последовательно включенных резисторов R и R , определяемой правой частью уравнения, и выходной вольт-амперной характеристикой транзистора (левая часть уравнения). Необходимые построения в соответствии с этим методом решения представлены на рис.2.4.

Внешняя характеристика источника Е , построенная в координатах I - U (прямая 1 на рис.2.4), пересекает оси в точках Е (режим холостого хода) и

I =

(режим короткого замыкания). Тангенс ее угла наклона к оси ординат может быть выражен как

 

= R + R = R ¯ . (2.4)

 

Величина R ¯ - определяет сопротивление, на которое нагружен выход транзистора по постоянному току. Действительно, с учетом малости величин токов делительной цепочки и сопротивления источника Е можно считать, что в коллекторную цепь питания транзистора входят два резистора R и R , включенные последовательно. В связи с этим внешняя характеристика, представленная на рис.2.4 прямой «1», получила наименование линии нагрузки по постоянному току.

 

 

 

Рис.2.4. Линии нагрузки на выходной характеристике

транзистора: 1 - по постоянному току, 2 - по переменному току

 

Выходная вольт-амперная характеристика транзистора, пересечение с которой линия нагрузки дает точку покоя (точка П на рис.2.4), определяется величиной тока базы I_БП, зависящей от сопротивлений резисторов R и R делительной цепочки. Точка покоя характеризует электрический режим работы транзистора по постоянному току. Действительно, она определяет значения постоянных тока коллектора I и напряжения коллектор-эмиттер U , а через значения тока базы I_БП и величину напряжения база-эмиттер U_БЭП (по входной характеристике транзистора). В связи с этим постоянные токи и напряжения транзистора на рис.2.2 обозначены с индексом “п”.

Переменная составляющая коллекторного тока транзистора, как видно из рис.2.4, состоит из двух частей. Первая часть тока протекает через резистор R , источник питания Е и конденсатор С ; вторая часть – через конденсатор С , сопротивление нагрузки R и конденсатор С [1]. Таким образом, если пренебречь величинами сопротивлений конденсаторов С и С и внутреннего сопротивления источника Е , то транзистор по переменному току оказывается нагруженным на два сопротивления R и R , включенными параллельно.

 

R ˜ = R ║R . (2.5)

 

Соотношение (2.5) определяет угол наклона, с которым линия нагрузки по переменному току (прямая 2 на рис.2.4) проходит через точку покоя. При этом

 

R ˜ = = < R .

 

Следовательно, линия нагрузки по переменному току для схемы усилительного каскада на рис.2.2 через точку покоя должна проходить под большим углом к оси напряжения, чем линия нагрузки по постоянному току. Линия нагрузки по постоянному току является геометрическим местом точек покоя, определяющих постоянные значения напряжений и токов транзистора. Линия нагрузки по переменному току определяет значения параметров режима работы транзистора в фиксированный момент времени.