Режим работы транзистора по постоянному току

Совокупность постоянных напряжений и токов в схеме усилителя формирует так называемую рабочую точку транзистора. Выбор и задание рабочей точки является важной составляющей проектирования транзисторных схем. В зависимости от типа усилителя и усилительного элемента режим схемы по постоянному току может быть различным. Для линейных усилителей малой и средней мощности важнейшим па­раметром является уровень нелинейных искажений. Как уже бьшо сказано, нелинейность вольтамперных характеристик транзистора слабо проявляется при малых сигналах, однако правильный выбор рабочей точки позволяет минимизировать нелинейные искажения.

Проведем графический анализ работы резисторного усилителя (рис. 9), считая для простоты R_э = 0. Как в динамическом, так и в статическом режимах все напряжения и токи транзистора оказываются взаимосвязанными. Для выходной цепи можно записать уравнение Кирхгофа

. (9)

Совместно с семейством статических характеристик транзистора

оно образует систему уравнений. Графическое решение этой системы проводится на плоскости коллекторных характеристик (рис. 11). Уравнение (9) на этой плоскости представляет собой прямую (ее называют нагрузочной); она пересекает оси координат в точках Е_к и Е_к/ R_к. Если при отсутствии сигнала на входе мы выбираем такое значение Е_б0, что ток базы будет I_б0 = I_бэ, то рабочая точка А определяет постоянные напряжение между коллектором и эмит-гером U_кэ0 и ток коллектора I_к0.

Рис. 11. Графический анализ режима усиления транзистора

При изменении базового тока под действием сигнала точка пересечения статических характеристик с нагрузочной прямой передвигается по этой прямой около точки А. При этом изменяются ток коллектора i_к и напряжение u_кэ. Изменения последнего и являются выходным усиленным сигналом.

Знание статических характеристик конкретного транзистора позволяет с помощью графического метода рассчитать усилитель.

Варьируя напряжение источника Е_б0, а значит и I_б0, можно изменять положение рабочей точки. Если Е_б0 выбрать достаточно большим, точкой покоя может оказаться точка В. Транзистор здесь находится вблизи порога насыщения, его ток велик, а напряжение на нем мало. Увеличение тока базы под действием сигнала выводит рабочую точку в область насыщения, и возникает ограничение тока коллектора и выходного сигнала (рис. 11). Говорят, что происходит верхняя отсечка тока. Если рабочая точка находится в положении С, то, наоборот, при отрицательном приращении сигнала транзистор оказывается запертым, что также приводит к отсечке тока, теперь уже нижней. Отсечки тока следует рассматривать как один из видов нелинейного искажения сигнала в усилителе. Очевидно, что правильный выбор режима по постоянному току соответствует расположению точки покоя в средней части нагрузочной прямой. Следует заметить, что режим с отсечками возникает в любом усилителе при большом уровне входного сигнала, поэтому должны предприниматься специальные меры для исключения такой возможности.

Рис. 12. Схема усилителя со стабилизацией рабочей точки