Режимы работы усилительного каскада (А,Б,С,).

Нагрузочная характеристика                                           

В цепь транзистора (в эмиттерную или коллекторную) включается нагрузка. Наиболее простой случай, когда эта нагрузка активная. При наличии нагрузки напряжение U _кэ не остается постоянным:                              U _к = U _кэ + I _к R _к

Соотношение  показывает, что ток коллектора I _к зависит не только оттока базы, но и от напряжения U _кэ на коллекторном переходе.

                                          I _к = - U кэ                                                                              1)

Зависимость является линейной. Совмещение этой характеристики с выходной характеристикой позволяет построить зависимостьI_к(I_б). На выходной характеристике строится прямая АВ, представляющая собой I _к = f (U кэ) (ХХ).

Точка В соответствует U кэ=0. В этом случае I _к = . (КЗ).

Точка А соответствует I _к =0. В этом случае U _к = U _кэ. Прямая АВ называется нагрузочной прямой, или выходной нагрузочной характеристикой, или линией нагрузки. По точкам пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками можно построить зависимость I _к = f (I _б), позволяющую произвести соответствующий расчет. Эта линия называется динамической переходной характеристикой.

Положение точки В линии нагрузки зависит от R _к. При R _к =0, I _к = . Линия проходит вертикально из точки А. В этом случае динамическая переходная характеристика пройдет выше построенной и будет называться статической переходной характеристикой (U кэ не меняется).

При R _к = I _к = . При увеличении R _к наклон прямой уменьшается, уменьшается и максимальное значение I _к.

Рабочая точка выбирается на нагрузочной прямой. Возможны три основные области работы транзистора.

Участок М N -- активная область. Все линейные усилительные схемы работают в этой области. Транзистор работает при прямом смещении на эмиттерном и обратном смещении на коллекторном переходах. Для малого сигнала дифференциальный коэффициент усиления тока

                                           β= ,

соответствующий наклону динамической переходной характеристики в рабочей точке. Для большого сигнала интегральный коэффициент усиления тока

                                           В≈ ,

соответствующий наклону прямой, проходящей через рабочую точку и начало координат.

Область отсечки —область, лежащая ниже линии I _б = 0, т.е. базовый ток I _б должен быть отрицательным. В этом случае оба перехода транзистора работают при обратном смещении. Обратный ток коллекторного перехода скомпенсирован отрицательным напряжением на базе. Транзистор заперт. В кремниевых транзисторах этот ток практически равен нулю. Поэтому линия I _б = 0 проходит по оси координат. Транзисторы запираются при I _б = 0.

Область насыщения— характеризуется прямым смещением обоих переходов транзистора. Это состояние возникает при увеличении тока базы выше прямой 0М. Ток базы в точке М называется критическим. Для насыщения используют ток базы в К раз больший критического. К называется коэффициентом насыщения. Обычно К =1.5…3.

Области отсечки и насыщения широко используются в импульсной технике, в том числе и в микросхемах. Режимы называют ключевыми. Токи базы выбирают такими, чтобы транзистор переходил из области отсечки в область насыщения и наоборот. Режим работы усилительного каскада в ключевом режиме называется режимом класса D. Важными параметрами ключевого режима являются время нарастания тока коллектора и время рассасывания носителей заряда.

Существует еще три режима работы усилительного каскада: режимы класса А, класса В и класса С.

В режиме А рабочая точкасостояния покоя (постоянного тока коллектора) выбирается в середине линейного участка динамической характеристики (точка А). В этом режиме изменения тока базы передаются в ток коллектора с минимальными нелинейными искажениями. Для создания этого режима на базу должно быть подано постоянное смещение. Независимо от того, подается входной сигнал или нет, ток смещения протекает всегда и усилитель расходует мощность P = I_{k 0} E_K. КПД усилителя в режиме А оказывается менее 25%. Режим используется в при малых мощностях.

 В режиме В рабочая точка выбирается вблизи области отсечки. Вследствие этого в двухполярных входных сигналах усиливается только одна полярность входного напряжения. Режим работы активного элемента принято характеризовать углом отсечки.

Под углом отсеч ки понимают выраженную в градусах половину части периода входного напряжения, в течение которой в активном элементе протекает ток. В режиме класса В угол отсечки Ѳ= 90⁰. В режиме класса А Ѳ=180⁰. КПД режима может достигать 60…70%. Недостатком режима являются большие нелинейные искажения. Применяются в двухтактных усилителях.

 С целью уменьшения нелинейных искажений применяют смешанный режим АВ, при котором 90⁰<Ѳ<180⁰.

 В режиме С рабочая точка выбирается в области отсечки! Ѳ<90⁰. Усилитель усиливает только часть входного сигнала, выходящего за область отсечки. Только тогда через него и начинает протекать ток. КПД достигает 85%. Зато большие нелинейные искажения. Применяется в импульсных устройствах и усилителях повышенной мощности.