Анализ режима покоя. Схемотехника усилительных цепей

Основные положения линейной теории усиления сигналов

Любой усилитель содержит хотя бы один ЭП, который является нелинейным элементом. Поэтому усилитель, как электрическая цепь является нелинейной. Нас интересует линейное усиление, поэтому надо выбрать тот участок ВАХ ЭП, где возможно линейное усиление.

Главной особенностью цепи, содержащей ЭП, является то, что в ней действуют постоянные и переменные электрические напряжения и токи. Постоянные напряжения и токи задают исходное положение рабочей точки на ВАХ ЭП. Если положение рабочей точки выбрано правильно, то при подаче на вход усилителя слабого сигнала (колебания напряжения малой амплитуды) в ее окрестности выходной коллекторный ток будет повторять изменение входного напряжения. В связи с этим задачу анализа процесса усиления разбивают на две задачи: 1) статическую – анализ режима покоя, когда , и динамическую – анализ режима усиления слабого сигнала.

На рис. 4.2 показана простейшая схема усилителя на биполярном транзисторе с общим эмиттером. Так как нагрузкой ЭП является резистор , то такой усилитель называется резистивным.

Рис. 4.2. Схема резистивного инвертирующего усилителя на биполярном транзисторе

с фиксированным током базы

В режиме покоя , и в схеме действует только постоянное напряжение источника питания , а в цепях коллектора и базы протекают постоянные токи , (токи и напряжения режима покоя условимся обозначать индексом 0). Электрическое состояние усилителя в режиме покоя описывается двумя уравнениями: для цепи базы и для коллекторной цепи. Напряжение покоя на базе относительно эмиттера определяется из уравнения

. (4.2)

Так как напряжение смещения , создается за счет протекания базового тока покоя через резистор , рассматриваемую схему называют схемой с фиксированным током базы. Напряжение покоя на коллекторе относительно эмиттера определяется как

. (4.3)

Соотношения (4.2) и (4.3) называются уравнениями нагрузочной линии входной и выходной цепи. Точку покоя, в окрестности которой при малом входном сигнале возможно линейное усиление, можно определить графо-аналитическим методом. Для этого на графики выходной (коллекторной) ВАХ наносят нагрузочную линию выходной цепи (4.3). Типичный вид входной и выходной ВАХ транзистора с ОЭ показан на рис. 4.3. Рабочая точка в режиме покоя находится на пересечении нагрузочной линии с коллекторной ВАХ при заданном из (4.2) напряжении смещения . Для обеспечения линейного усиления значение напряжения смещения выбирают таким, чтобы рабочая точка в режиме покоя находилась в средней части рабочей области ВАХ, в которой коллекторный ток слабо зависит от коллекторного напряжения. Значение сопротивления резистора определяет наклон нагрузочной линии и выбирают его из условий требуемого усиления и допустимых значений , , . Чтобы цепи источника входного сигнала и нагрузки потребителя не нарушали выбранный режим покоя усилителя, эти цепи по постоянному току развязывают с помощью разделительных конденсаторов .

а) б)

Рис.4.3. Типичный вид входной (а) и выходной (б) ВАХ транзистора с ОЭ

Дата добавления: 2014-11-16