Определение режима работы транзисторного усилительного каскада

Режим работы усилительного каскада определяется режимом работы транзистора. Режим работы транзистора определяется смещениями на эмиттерном и коллекторном переходах, которые определяют положения начальных рабочих точек на входной и выходной ВАХ соответственно.

Положение начальных рабочих точек на ВАХ зависит от основных требований предъявляемых к усилительному каскаду, таких как коэффициент усиления и коэффициент полезного действия (к.п.д.). Следует отметить, что чем выше положение начальной рабочей точки на ВАХ, тем больше коэффициент усиления каскада. Но в тоже время, к.п.д. снижается, так как возрастают так называемые «токи покоя» транзистора. Энергия от протекания данных токов тратится на нагрев p-n-переходов транзистора и его корпуса.

Рассмотрим простейший усилительный каскад на биполярном транзисторе, включенном по схеме ОЭ. Схема каскада представлена на рис. 1. Схема включает три элемента: R_Б, R_К и VT1. Резисторы R_Б и R_К формируют от источника питания Е_К соответствующие смещения на переходах транзистора. Конденсаторы С₁ и С₂ выполняют роль разделительных элементов, разделяют цепи по постоянному току. С₁ исключает попадание постоянного тока на базу транзистора VT1 от источника входного сигнала. С₂ исключает передачу постоянного тока с коллектора транзистора на выход усилительного каскада.

Рис. 1

В отсутствие напряжения усиливаемого сигнала U_ВХ и при подаче напряжения Е_К в цепях транзистора протекают постоянные токи: во входной цепи − начальный ток базы − I_ОБ; в выходной цепи начальный ток коллектора – I_ОК (индекс «0» означает режим по постоянному току, «режим покоя»). На электродах транзистора устанавливаются соответствующие напряжения: U_БЭО – напряжение смещения на эмиттерном переходе; U_КЭО − напряжение на коллекторе, определяемое напряжением Е_К и резистором R_К

U_КЭО = Е_К − I_ОК R_К.

Эти значения токов и напряжений определяют положение рабочих точек на статических характеристиках (точки А и А^’, рис. 2), которые называют начальными рабочими точками.

Рис. 2

Если на вход усилителя подаётся входной сигнал U_ВХm, например, синусоидальной формы U_ВХm = Usin(wt), то он алгебраически суммируется с постоянным напряжением начального смещения U_БЭО на эмиттерном переходе и рабочая точка А будет перемещается по входной ВАХ. Синхронно будет перемещаться по выходной ВАХ начальная рабочая точка А^’.

В цепи «Е_К – коллекторный переход» будет протекать постоянный пульсирующий ток, состоящий из постоянной составляющей I_ОК и переменной I_Кm. Переменная составляющая создаёт на резисторе R_К падение напряжения, амплитуда которого U_RКm равна амплитуде выходного сигнала U_ВЫХm. При больших значениях сопротивления R_К и напряжения питания Е_К амплитуда выходного сигнала U_ВЫХm значительно больше амплитуды входного сигнала U_ВХm.