Выбор рабочей точки

Схема с общим коллектором

В схеме с общим коллектором входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

Схема с ОК имеет значительно большее значение входного сопротивления, чем любая другая схема включения транзистора, и усиливает сигнал по току и мощности. Большое значение входного сопротивления предопределяет широкое применение на практике данной схемы в качестве согласующего устройства.

Коэффициент усиления по напряжению близок к единице, причем всегда меньше ее, то есть схема с ОК практически не изменяет значения напряжения входного сигнала, иначе говоря, выходное напряжение повторяет входное. Именно поэтому эта схема называется эмиттерный повторитель. Эмиттерным потому, что сопротивление нагрузки включено в провод эмиттера и выходное напряжение снимается с эмиттера относительно общего провода схемы.

Статические характеристики транзистора, включенного по схеме с ОК, практически не отличаются от характеристик транзистора, включенного по схеме с ОЭ.

Кратко о схеме с ОК:

· коэффициент усиления по току: I _ВЫХ/ I _ВХ = I _Э/ I _Б = I _Э/(I _Э- I _К) = 1/(1-α) = β; β>>1,

· входное сопротивление: R _ВХ = Δ U _ВХ/Δ I _ВХ = Δ U _БЭ/ I _Б,

· фазы входного и выходного сигналов совпадают.

Достоинства:

· большое входное сопротивление,

· малое выходное сопротивление.

Недостатки:

· коэффициент усиления по напряжению меньше 1.

Динамическим режимом работы транзистора называется такой режим, при котором в выходной цепи стоит нагрузочный резистор, за счёт которого изменение входного тока или напряжения будет вызывать изменение выходного напряжения

Точка на плоскости выходных (или других) характеристик усилительного прибора, связывающая текущие значения напряжений и токов в нем, называется рабочей точкой. Даже при отсутствии входного полезного сигнала усилительный каскад продолжает находиться в некотором вполне конкретном состоянии, которому соответствует некоторая вполне конкретная рабочая точка, ее обычно называют исходной рабочей точкой или рабочей точкой по постоянному току, если речь идет о транзисторном усилителе, предназначенном для усиления малых по амплитуде переменных токов и напряжений.

При выходе рабочей точки транзистора за пределы области линейного усиления не только нарушается пропорциональная зависимость изменений выходного сигнала от изменений входного сигнала, но вообще прекращается управляющее воздействие входного сигнала на выходной ток и напряжение, т.е. транзистор полностью теряет усилительную функцию. Считается, что транзистор работает в усилительном режиме (класс усиления А), если в процессе усиления рабочая точка не соприкасается с линиями насыщения и отсечки.

Напряжения и токи, а также внешние по отношению к усилительному прибору электрические цепи, обеспечивающие заданное положение рабочей точки по постоянному току, называются соответственно напряжениями, токами и цепями смещения.

В процессе воздействия сигналов на входные электроды усилительного прибора значения токов и напряжений в каскаде изменяются, а рабочая точка занимает различные положения. Линия на плоскости выходных характеристик, по которой движется рабочая точка в процессе воздействия сигналов на вход усилителя, называется нагрузочной линией или нагрузочной характеристикой. При чисто резистивном характере нагрузки в области линейного усиления нагрузочная характеристика имеет вид прямой, совпадающей с вольт-амперной характеристикой сопротивления нагрузки R _Н.

В каскадах с транзисторами применяют обычно питание от одного ис­точника – источника выходной цепи (Е _К). Для нормального режима работы транзистора необходимо, чтобы между эмиттером и базой было постоянное напряжение, называемое напряжением смещения базы (0,5-0,7 В).

Ток эмиттера, проходя через переход эмиттер-база, создает на нем некоторое падение напряжения, но оно недостаточно, и режим работы транзистора без дополнительного смещения оказывается непригодным для усиления (токи слишком малы). Необходимо подать некоторое смещение от источника питания коллекторной цепи. Это делается с помощью резистора R _Б (схема с фиксированным током базы) или делителя напряжения (схема эмиттерно-базовой стабилизации).

1.6.1. Выбор рабочей точки с помощью резистора R _Б

Схема задания тока базы n-p-n-транзистора с помощью одного резистора в каскаде с общим эмиттером представлена на рисунке 7.

Рисунок 7 – Схема задания тока базы с помощью одного резистора

Режим, в котором работает каскад с ОЭ, можно определить, построив его нагрузочную линию на выходной характеристике транзистора. Данный способ позволяет описать поведение транзистора в режимах насыщения, усиления и отсечки.

Режим насыщения определяется следующим условием: ток коллектора не управляется током базы

, (18)

где I _КН – ток коллектора насыщения, который определяется сопротивлением R _Kв цепи коллектора и напряжением источника питания Е _К:

. (19)

Для перевода транзистора в этот режим необходимо в базу транзистора подать ток больший, чем ток насыщения базы I _БН:

. (20)

Ток насыщения базы I _БН задается с помощью резистора R _БН:

, (21)

где U _БЭ0 – пороговое напряжение перехода база-эмиттер.

В режиме усиления ток коллектора меньше тока I _КН и описывается уравнением нагрузочной прямой:

. (22)

Чем меньше R _К, тем круче идет нагрузочная прямая.

Рабочая точка в статическом режиме задается током базы и напряжением на коллекторе. Она определяется точкой пересечения нагрузочной прямой ивыходной характеристики транзистора. Ток базы транзистора определяется как ток через сопротивление в цепи базы R _Б:

. (23)

Ток коллектора в режиме усиления вычисляется по формуле:

. (24)

Напряжение коллектор-эмиттер определяется из уравнения нагрузочной прямой:

. (25)

Это выражение является уравнением динамического режима работы транзистора

В режиме отсечки ток коллектора равен нулю и не создает на резисторе R _К падения напряжения. Следовательно, напряжение U _КЭмаксимально и равно напряжению источника питания Е _К.

При рассматриваемом способе задания тока базы коэффициент нестабильности зависит от статического коэффициента передачи, который для транзисторов одного и того же типа может сильно различаться.

Дата добавления: 2015-07-02