Режим транзисторного каскада по постоянному току

Режим по постоянному току каскада уси­ления на транзисторе с ОЭ задается его токами базы I_б и кол­лектора I_к и напряжениями база - эмиттер U_бэ и коллек­тор - эмиттер U_кэ в рабочей точке (рис. 45, а, б). Определяют эти параметры для конкретного каскада усиления, используя входные и выходные характеристики транзистора.

Рассмотрим семейство выходных характеристик транзистора (рис. 45, а). Разрешенная область надежной работы транзистора ограничивается максимально допустимыми током коллектора I_{к max}, а также напряжением U_{кэ max} на нем и рассеи­ваемой мощностью Р_{к max}. Режим транзистора по постоянному току выбирают так, чтобы под действием максимального вход­ного сигнала ни один из этих параметров не был превышен даже на короткое время.

Рисунок 45 – Графическое представление работы коллекторной (а)

и базовой (б) цепей усилительного каскада

 

Так как напряжение U_кэ закрытого транзистора равно на­пряжению источника питания Е_к, то значение Е_к должно быть меньше U_{кэ max}. Соответственно напряжение

U_кэ = Е_к - I_к∙R_н

Данное уравнение представляет собой графически прямую линию - линию нагрузки. Чтобы найти точки пересечения линии нагрузки с осями I_к и U_кэ, поочередно приравнивают к нулю I_к и U_кэ. Если I_к = 0, то U_кэ становится равным Е_к, т. е. напряжение на коллекторе закрытого транзистора равно Е_к. Если U_кэ= 0, то I_к = Е_к/R_н.

Максимальную нагрузку (минимальное сопротивление резис­тора R_н) выбирают из условия Е_к/R_н<I_{к max}, откуда R_{н min}>Е_к/I_{к max}. Таким образом, линия нагрузки соединяет точки с коор­динатами Е_к/R_н и Е_к. Такое положение занимает линия нагрузки каскада, предназначенного для получения максимально возмож­ного для выбранного транзистора выходного напряжения, что используют только в оконечных каскадах.

Линия нагрузки ограничивается точками Б и В. За пределами участка БВ процесс усиления сопровождается значительными нелинейными искажениями. Выше точки Б наступает насыщение транзистора и он перестает управляться током базы, т. е. при I_б>I_{б max} ток коллектора не увеличивается. Ниже точки В тран­зистор оказывается в режиме отсечки, т. е. также перестает управляться.

Рабочую точку А (р.т) выбирают так, чтобы под действием входного сигнала она смещалась в пределах участка БВ линии нагрузки, что обеспечивает усиление сигнала без значительных искажений его формы. Затем определяют токи базы I_б и кол­лектора I_к, напряжение U_кэ, а также максимальный I_{б max} и минимальный I_{б min} токи базы, соответствующие максимальному U_{кэ max} и минимальному U_{кэ min} ее напряжениям. Напряжение база - эмиттер U_бэ определяют по входной характеристике транзистора (рис. 45, б).