Работа биполярного транзистора с нагрузкой

Рабочим режимом транзистора принято называть его работу под нагрузкой. При подключении нагрузки для транзистора в выходную цепь усилителя (цепь коллектора в схемах ОБ и ОЭ или цепь эмиттера в схеме с ОК) возможно использование транзистора как в усилительном, так и ключевом режимах.

В последнем случае (как правило схема с ОЭ) входной сигнал, т.е. переключающий импульс, подается непосредственно в цепь базы транзистора без дополнительного смещения.

Рис.4.14. схема включения БТ с нагрузкой с ОЭ

В режиме переключения при минимальном напряжении на входе (Uвх. =0) транзистор закрыт и находится в режиме отсечки, а при максимальном входном напряжении Uвх ≥.Uпор ~ 0,4-0,5 В – транзистор открыт и находится в режиме насыщения.

В усилительном каскаде при отсутствии входного сигнала должны быть установлены постоянные значения токов и напряжений, которые определяют статический режим работы (режим по постоянному току или режим покоя) транзистора. Значения этих постоянных токов и напряжений определяются напряжениями источника питания и сопротивлениями смещения (элементами схемы усилителя) во входной и выходной цепях активного элемента. Соответствующая режиму покоя точка на ВАХ транзистора называется рабочей точкой.

Рис.4.15. Схема включения БТ с ОЭ с нагрузкой в качестве усилителя

Рис 4.16. Входная характеристики усилителя на БТ в схеме с ОЭ и вид сигнала в рабочей точке.

Положение рабочей точки выбирается с помощью внешних элементов схемы исходя из требуемого режима работы активного элемента. В простейшем варианте усилителя величины тока и напряжения в базовой цепи может задаваться аналогично цепи коллектора (рис.4.16.). Для эффективной работы транзистора в наиболее распространенном малосигнальном режиме работы положение рабочей точки должно выбираться в центре линейной части входной характеристики транзистора (рис.4.17).

Рис.4.17. Нагрузочная прямая на выходных характеристиках БТ в схеме с ОЭ

На рис. 4.17. представлено семейство выходных ВАХ транзистора, на котором показано положение рабочей точки, соответствующей активному режиму работы БТ. Из рис 4.17. можно увидеть, что изменения тока во входной цепи транзистора в пределах от Iб’ до Iб’’ усиливаясь транзистором, в выходной цепи, в соответствии с нагрузочной прямой, вызывают гораздо большие изменения тока и напряжения.

Рабочая точка в выходной цепи лежит на пересечении характеристики, соответствующей току базы для схемы рис 2.20.

, ( 4.30)

и нагрузочной прямой, которая задается уравнением

. ( 4.31)

Нагрузочная прямая строится по двум точкам, одна из которых лежит на оси абсцисс (), а другая – на оси ординат (). Точка А определяет постоянные составляющие коллекторного тока и напряжения . На семействе входных характеристик соответствующая рабочая точка находится на пересечении прямой и характеристики, соответствующей напряжению .

Пусть на входе действует переменное гармоническое напряжение с низкой частотой и малой амплитудой . При этом мгновенное значения напряжения и тока будут изменяться около среднего значения, определяемого рабочей точкой. Это изменение будет происходить в пределах линейной части входной характеристики (рис.2.20) и в пределах отрезка нагрузочной прямой на выходных характеристиках, который ограничен предельными значениями входного тока , .

Поскольку амплитуды входных и выходных токов и напряжений усилителя связаны соотношениями , если , и , если , то коэффициент усиления по напряжению

, ( 4.32)

а коэффициент усиления по мощности

. ( 4.33)