Точка покоя. Напряжение смещения

Условием совпадения формы переменной составляющей тока с формой поданного на вход УЭ управляющего напряжения является линейная зависимость между ними, графически выраженная прямой. Статические характеристики биполярных и полевых транзисторов, как и электронных ламп, криволинейны. Поэтому возможны искажения поданного сигнала, т.е. появление в составе тока гармоник и комбинационных частот. Отсутствия искажения сигнала можно добиться, используя участок характеристики, наиболее близкий к прямой. На рис. 4.2,а – это участок АВ на входной характеристике биполярного транзистора в схеме с ОЭ. Подадим на вход транзистора переменное напряжение сигнала . При этом входной ток транзистора будет меняться пропорционально изменению напряжения входного сигнала. Для того чтобы при обеих полуволнах переменного напряжения полуволны переменной составляющей тока не выходили за пределы этого прямолинейного участка АВ, на вход транзистора необходимо подать прямое постоянное напряжение . Точка на статической характеристике, однозначно определяемая постоянным напряжением на входе и выходе, называется точкой покоя. В данном случае – точка М.

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

При положительной полуволне переменного напряжения сигнала общее мгновенное напряжение на входе транзистора увеличивается и соответственно увели­чивается ток . При отрицательной полуволне напряжения,которое является обратным для эмиттерного перехода npn-транзистора, общее напряжение на входе транзистора уменьшается и соответственно уменьшается входной ток . Результирующий ток на входе (рис. 4.2,б) является пульсирующим током. Он содержит постоянную составляющую и переменную составляющую , которые меняются по закону изменения входного напряжения сигнала .

Рис. 4.2. Кривые изменения тока базы при подаче на вход переменного напряжения

Каждое изменение входного тока вызывает соответствующее изменение выходного тока в коллекторной цепи , так как 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 . При подаче переменного напряжения сигнала на вход транзистора в этой же цепи появляется переменная составляющая коллекторного тока .

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

Итак, чтобы обеспечить минимум искажений, т.е. для совпадения формы выходного тока с формой поданного на вход сигнала, точку покоя выбирают на линейном участке характеристик управления.

В режиме покоя вся энергия источников питания тратится бесполезно и идет на разогрев PN-переходов. 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. Естественно, что чем больше потери мощности за счет постоянной составляющей тока, тем ниже КПД схемы. Однако, выбрав точку покоя на характеристике ниже, чем показано на рис. 4.2, и подав на вход сигнал с такой же амплитудой, мы выйдем за пределы прямолинейного участка АВ, что приведет к искажению формы тока по сравнению с формой поданного сигнала. Чем ниже расположена точка покоя, т.е. чем меньше постоянная составляющая тока , тем выше КПД усилителя.

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 питанияпреобразуется в энергию переменного тока полезного сигнала на выходе , 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.