ЛЕКЦИЯ 9:Построение кривых тока и напряжения. Выбор рабочей точки. Система обозначений транзисторов

Точка на статической характеристике, однозначно определяемая постоянным напряжением на входе и выходе, называется рабочей точкой. В данном случае точка М.

Постоянное напряжение, которое подается на вход усилитель­ного элемента для выбора рабочей точки, называется напряжением смещения. У биполярного транзистора рабочая точка может быть задана и постоянным током на входе — током смещения.

Чтобы обеспечить минимум искажений, т. е. для совпадения формы вы­ходного тока с формой по­данного на вход сигнала, рабочую точку выбирают на ли­нейном участке характери­стик транзистора.

При подаче на вход транзистора вместе с постоянным напря­жением смещения переменного напряжения сигнала ток в выходной цепи будет меняться в такт с изме­нением входного сигнала. При этом выходной ток i _Bых будет пред­ставлять собой сумму двух токов — постоянного Iко и переменного

Выходное напряжение также будет меняться в зависимости от мгновенного значения переменной составляющей выходного тока, и уравнение нагрузочного режима можно представить следую­щим образом:

При положительной полуволне переменного напряжения сиг­нала U_ВХ общее мгновенное напряжение на входе транзистора

увеличивается и соответственно увели­чивается ток I_Б. При отрицательной полуволне напряжения u_ВХ, которое является обратным для эмиттерного перехода NPN -транзистора, общее напряжение на входе транзистора

уменьшается и соответственно уменьшается входной ток I_Б. Результирующий ток на входе (рисунок1.6) является пуль­сирующим током. Он содержит постоянную составляющую I_Б0 и переменную составляющую i _Б, которые меняются по закону из­менения входного напряжения сигнала i_Б=I_бm sinωt. Каждое из­менение входного тока I_Б вызывает соответствующее изменение выходного тока в коллекторной цепи I_K, так как I_K=h_21ЭI_Б. Ре­жим работы УЭ при подаче на его электроды постоянных напря­жений и в отсутствие на его входе напряжения электрического сигнала, который требуется усилить, называется режимом покоя. В режиме покоя в цепи источник питания — коллектор течет по­стоянный ток I_K0. При подаче переменного напряжения сигнала на вход транзистора в этой же цепи появляется переменная со­ставляющая коллекторного тока

i_K=I_Km sinωt

Таким образом, энергия постоянного тока источника питания преобразуется в энергию переменного тока, который меняется по закону поданного на вход переменного напряжения.

На основе нагрузочной линии по переменному току произве­дем графический анализ работы биполярного транзистора в на­грузочном режиме (рисунок 1.35)

Рисунок 1.35.- Работа транзистора в нагрузочном режиме.

На вход схемы в точки база — эмиттер поданы напряжение смещения U_БЭо для выбора рабочей точки (РТ) при данном напряже­нии U_КЭо и входное напряжение . Под действи­ем этого напряжения соответственно изменяются токи I_Б и I_к. Рабочую точку переносим на входные характеристики транзистора и, зная I_Бmaх и I_Бmin. определяем на нагрузочной прямой для переменного тока соответствующие им точки I_Kmax и Iк_min Про­екции этих точек на ось U _кэ позволяют соответственно опреде­лить напряжения U кэ_minи Uкэ_шах - Обратите внимание на то, что току I_кmax соответствует напряжение U_{K min}, и току Iк_min— Uкэ_max

Таким образом, при подаче на вход переменного напряжения сигнала меняется соответственно к ток I_к, и напряжение U_кэ . С помощью выходной нагрузочной линии (рисунок1.7) можно оп­ределить выходную мощность усиленного сигнала , мощность, потребляемую от источника в режиме покоя:

, а также КПД

Обратите внимание на то, что с ростом амплитуды входного сигнала увеличивается амплитуда тока I_к, а амплитуда напряже­ния U _Kэ соответственно уменьшается, и в точке A транзистор входит в режим насыщения. Напомним, что в режиме насыщения оба перехода открыты, а это означает, что прямое входное напря­жение на эмиттерном переходе по абсолютной величине превыси­ло обратное напряжение Uкэ и коллекторный переход тоже от­крылся. При подаче на вход биполярного транзистора, работаю­щего в активном режиме, обратного напряжения, которое по аб­солютной величине больше прямого напряжения смещения, эмиттерный переход закроется, и транзистор попадает в режим от­сечки.

Отсутствия иска­жения сигнала можно добиться используя участок характерис­тики, наиболее близкий к прямой.

Толь­ко переменная составляющая тока, которая появляется при пода­че на вход УЭ усиливаемого сигнала, является полезной, так как она создает на нагрузке усиленное напряжение и мощность.

Выводы: 1. Усилитель электрических сигналов – это устройство, позволяющее получить в нагрузке мощность, которая больше мощности поданного на вход сигнала.2. В процессе усиления электрических сигналов энергия источника питания P ₀ преобразуется в энергию переменного тока полезного сигнала на выходе P _вых, который меняется по закону поданного на вход электрического сигнала. 3. Получение высокого КПД и совпадение формы усиленного сигнала на выходе с формой поданного сигнала на входе зависит от выбора точки покоя.

Дата добавления: 2014-11-16