Рабочая точка транзисторного каскада

Рабочая точка транзисторного каскада в статическом режиме задается током базы и напряжением на коллекторе.

Базовый ток транзистора в схеме (рис. 4.4) определяется как ток через сопротивление в цепи базы R_Б:

 

EБ −UБЭ

IБ =. (4.14)

R_Б

 

Он может быть также определен как точка пересечения входной ВАХ транзистора и линии нагрузки цепи базы (точка 1 на рис.4.5 а)

Ток коллектора определяется точкой пересечения линии нагрузки цепи коллектора и выходной характеристики транзистора (точка 1 на рис

4.5 б.)

Значение тока коллектора можно вычислить по формуле:

^I_K = β _DC ⋅ ^I_Б . (4.15)

 

Напряжение коллектор-эмиттер определяется из уравнения линии нагрузки цепи коллектора:

U_КЭ = E_K − I _K ⋅ R_K . (4.16)

 

В режиме отсечки ток коллектора равен нулю и не создает на резисторе R_К падения напряжения. Следовательно, напряжение U_КЭ максимально и равно напряжению источника питания Е_К. Данный режим соответствует точке 2 на рис. 4.5 б.

Работа транзисторного каскада в режиме малого сигнала

При работе транзисторного каскада в режиме малого сигнала обеспечивается наибольшее усиление входного сигнала при минимальных искажениях. Характерной особенностью данного режима является то, что при всех возможных значениях входного сигнала рабочая точка транзистора не выходит из линейной области.

Расчет режима малого сигнала состоит в нахождении постоянных и переменных составляющих токов и напряжений в транзисторном каскаде. Расчет постоянных составляющих позволяет найти параметры рабочей точки транзисторного каскада (статический режим). Расчет переменных составляющих – усилительные свойства каскада в этой точке.

Коэффициент усиления по напряжению определяется отношением амплитуд выходного синусоидального напряжения к входному:

 

U ^ВЫХm

К_У =. (4.17)

UВХm

Величина этого параметра в схеме с общим эмиттером приближенно

равна отношению сопротивления в цепи коллектора r_К к сопротивлению в цепи эмиттера r_Э:

r ^K

K_У =. (4.18) r_Э

 

Сопротивление в цепи коллектора r_К определяется параллельным соединением сопротивления коллектора R_K и сопротивления нагрузки R_Н, роль которого может играть, например, входное сопротивление следующего каскада:

RK ⋅ RН RK + RН

rK =. (4.19)

 

Сопротивление в цепи эмиттера r_Э это сопротивление эмиттерного перехода, равное r_Э = 25мВ /I_Э., причем в силу малости тока базы можно считать I_Э ≈ I_К. Если в цепи эмиттера включен резистор сопротивлением R_Э, то коэффициент усиления следует рассчитывать по формуле:

r^K

K_У =. (4.20) rЭ + RЭ

 

Важными параметрами транзисторного каскада являются также входное и выходное сопротивления.

и входного тока IВХm:
	U rВХ = ВХm.	(4.21)

Входное сопротивление усилителя по переменному току определяется как отношение амплитуд синусоидального входного напряжения U_ВХm

^IВХm

 

Входное сопротивление усилителя по переменному току вычисляется как параллельное соединение входного сопротивления транзистора r_i = β _АС ⋅ r_Э и резисторов в цепи смещения базы. В схеме рис.4.4 используется

один резистор R_Б, поэтому входное сопротивление каскада равно:

1 1 1

= +. (4.22) rВХ ri RБ

 

Значение дифференциального выходного сопротивления схемы находится по напряжению U_ХХm холостого хода на выходе усилителя и по напряжению U_ВЫХm, измеренному для сопротивления нагрузки R_Н, из следующего уравнения, решаемого относительно r_ВЫХ:

U ВЫХm RН

=. (4.23)

UХХm RН + rВЫХ

Выбор рабочей точки транзисторного каскада определяет особенности работы транзисторного каскада. Максимальная величина неискаженного переменного напряжения на выходе может быть получена при условии, когда в статическом режиме постоянное напряжение на коллекторе равно половине напряжения коллекторного источника питания U_K =E_K / 2.

При неудачном выборе амплитуды входного сигнала и величины базового смещения возникают искажения: выходное напряжение принимает несинусоидальную форму. Для устранения искажений нужно скорректировать положение рабочей точки или уменьшить амплитуду входного сигнала.