Построение динамических характеристик

Работа транзистора при большом уровне сигнала

При больших уровнях сигнала рассмотренные выше методы исследования, относящиеся к линейным системам, оказываются неприемлимыми. Это объясняется нелинейными зависимостями между токами и напряжениями, существующими в цепях УП при больших уровнях сигнала.

Для расчера и исследования работы усилительного каскада при больших уровнях сигнала применяются: 1) графический метод и 2) приближенный аналитический метод.

Графический метод основан на использовании статических характеристик УП, представляющих собой экспериментально определенные нелинейные зависимости между токами и напряжениями в его цепях, относящиеся к режиму короткого замыкания (статический режим) и являющиеся типовыми (усредненными) для УП данного типа. Построение динамических характеристик позволяет перейти к указанным зависимостям для заданных сопротивлений нагрузки и источника сигнала при определенных питающих напряжениях и способах их подведения (динамический режим работы). Графический метод позволяет наглядно и наиболее точно:

а) выбрать исходный режим работы КП (исходную рабочую точку);

б) определитьвеличины, характеризующие режим работы при наличии сигнала (постоянные и переменные напряжения, токи и мощности в выходной и входной цепях каскада);

в) определитиь величину нелинейных искажений.

Недостатками графического метода являются некоторая его громоздкость и затруднительность использования для выявления зависимостей между различными характеризующими динамический режим величинами. Кроме того, графический метод расчета возможен при наличии достаточно полных семейств выходных и входных статических характеристик транзистора.

Приближенный аналитический метод основан на идеализации (линеаризации) статических характеристик УП и нахождении усредненных значений его параметров, которые в пределах используемого поля характиристик считаются постоянными величинами.

Из сказанного следует, что приближенный аналитический метод расчета должен использоваться главным образом для установления общих и принципиальных зависимостей между расчетными величинами, в то время как для конкретных инженерных расчетов в ряде случаев целесообразно применение графического метода.

Переходя к рассмотрению работы транзистора при больших уровнях сигнала, следует иметь ввиду, что существуют три области поля характеристик транзистора:

1) активная область, определяемая прямым смещением на эмиттерном p - n -переходе и обратным смещением на коллекторном p - n -переходе;

2) область отсечки, определяемая обратным смещением на обоих p - n -переходах;

3) область насыщения, определяемая прямым смещением на обоих p - n -переходах.

На рис. 3.* приведено семейство стстических характеристик транзистора для включения ОЭ с указанием перечисленных областей поля характеристик.

Рис. 3.*. Выходные статические характеристики транзистора при включении ОЭ

Граница области отсечки 2 определяется начальным неуправляемым током I _кн и практически соответствует запиранию транзистора. Область насыщения 3 характеризуется резкими искривлениями статических характеристик, получаемыми при переходе к токам в направлении проводимости коллекторного p - n -перехода.

В режиме усиления может использоваться только активная область 1, в пределах которой транзистор открыт, а между токами коллектора и базы существует зависимомть, близкая к линейной.

Рассмотрение работы каскада при больших уровнях сигнала в целях упрощения проводится обычно для установившегося режима и некоторой достаточно низкой частоты, для которой параметры УП можно считать вещественными величинами (например, f = 1 кГц).

Сопротивления нагрузки и источника сигналов предполагаются обычно активными, а влиянием реактивных элементов внешних цепей (инжуктивность трансформатора, разделительные и блокировочные емкости) на частоте порядка 1 кГц при правильном выборе этих элементов можно принебречь.

Для выполения графического расчета режима необходимо на основе статических характеристик транзистора построить динамические характеристики транзисторного каскада. Удобно начинать с построения выхдной динамической характеристики i ₂ = F (u ₂), используя для этой цели семейство выходных статических характеристик транзистора, поскольку, как это будет видно из дальнейшего изложения, при линейном сопротивлении нагрузки эта динамическая характеристика представляет собой прямую линию. На основании выходной динамической характеристики и семейства входных статических характеристик транзистора строится входная динамическая характеристика i ₁ = F (u ₁). На основании выходной и входной динамических характеристик строится проходная динамическая характеристика i ₂ = F (u ₁), и, наконец на основании этой характеристики в соответствии с сопротивлением источника сигналов – сквозная динамическая характеристика i ₂ = F (e _ист).

Дата добавления: 2014-01-03