Передаточная функция такого усилителя определяется выражением

,

где

- максимальный коэффициент усиления.

Модуль передаточной функции

Все это справедливо при условии, что активный элемент работает в линейном режиме. Сдвигом рабочей точки на вольт-амперной характеристике влево и увеличением амплитуды входного колебания устанавливается режим работы с отсечкой тока – коллекторного в транзисторном усилителе и анодного в ламповом. Подобный режим представлен на рис. 6а.

Рис. 6. Нелинейный режим работы усилительного прибора

 

Ток выходной цепи усилителя при работе с отсечкой имеет импульсную форму и содержит наряду с постоянной составляющей и полезной первой гармоникой ряд высших гармоник, которые должны быть подавлены. Основное преимущество нелинейного режима – относительно высокий кпд, под которым понимается отношение колебательной мощности , выделяемой в нагрузке к мощности , потребляемой от источника постоянного тока. Таким образом,

Амплитуда напряжения на нагрузке может быть доведена до величины, близкой к , а отношение токов при угле отсечки , близким к . Следовательно, кпд нелинейного усилителя можно довести до величин, близких к (70 — 80)%, между тем как при линейном режиме, когда амплиту­да переменной слагающей тока i (t) должна быть по крайней мере в несколько раз меньше тока покоя , кпд не превышает нескольких процентов. (В резо­нансных усилителях, применяемых в радиоприемных устройствах, отношение настолько мало, что вопрос о кпд вообще не принимается во внимание.)

Из графиков для функций (см, например, [2], рис 8.12 на с.287) вытекает, что для повышения коэффициен­та выгодно уменьшать угол отсечки . При этом, однако, уменьшается величина (при заданной величине импульса ), что ведет к уменьшению мощности (мощность Р₀ уменьшается быстрее, чем Р_~). Поэтому в тех случаях, когда важно максимизи­ровать мощность Р _~, угол отсечки доводят до ~120°, при котором коэффициент достигает максимума, мирясь при этом с некото­рым снижением кпд. На практике наиболее распространен режим работы нелинейного усилителя с отсечкой, близкой к 90°.

Обратимся к установлению соотношений между напряжениями и токами основной частоты в нелинейном усилителе.

В первом приближении, если не учитывать обратной реакции выходной цепи на величину тока, т. е. считать, что ток i(t) в ос­новном определяется напряжением на входе усилителя, можно вос­пользоваться формулой

,

где S – крутизна линейной части ВАХ, которая с учетом соотношений, определяющих альфа - коэффициенты Берга в зависимости от , приводит к выражению

,

откуда

 

Динамические характеристики коллекторного тока транзистора. Классификация режимов транзисторного ГВВ. Транзисторы в ГВВ используются в широком диапазоне токов и напряжений, действующих на электродах. Это позволяет существенно увеличить мощность лампового генератора и отличает его от маломощной усилительной ступени, работающей обычно колебаниями первого рода, то есть в линейном режиме. Из рассмотрения семейства выходных характеристик (см. рис.9) видно, что при относительно больших напряжениях на коллекторе они расположены в виде почти параллельных линий, причем для данного тока базы с ростом коллекторного напряжения ток коллектора увеличивается медленно. В области малых коллекторных напряжений транзистор работает в режиме насыщения, т. е. увеличение базового тока не приводит к увеличению коллекторного тока.

Располагая характеристиками транзистора и зная закон изменения сигнала на электродах транзистора, можно построить динамические характеристики. Динамическая характеристика показывает, как ток коллектора зависит от напряжений на электродах транзистора, если эти напряжения изменяются во времени. Для построения динамической характеристики примем, что

и напряжения заданы.

Придадим текущей фазе ряд дискретных значений , , и т.д. Для выбранных значений текущей фазы можно найти напряжение, действующее в цепи база-эмиттер и напряжение, действующее в цепи коллектора.

Далее, по семейству характеристик транзистора, построенному в коллекторной системе координат, находим значение тока коллектора . Определенные для каждого фазового угла токи наносятся на семейство характеристик транзистора. Соединяя расчетные точки, получим динамическую характеристику коллекторного тока транзистора. При оформлении построения обычно отдельно показывают график изменения напряжения на коллекторе (если использованы выходные характеристики) Это облегчает зрительное представление о том, как связано изменение тока коллектора при изменении напряжения на нем. Поскольку семейство реальных характеристик транзистора нелинейно, все динамические характеристики токов коллектора оказываются нелинейными, а форма импульсов тока не повторяет строго форму напряжения возбуждения. Любое изменение режима работы ГВВ приводит к изменению хода динамической характеристики.

Ход работы

Измерения

Собрать схему представленную на рис. 7.

 

Рис. 7. Структурная схема измерений

 

Рис. 8.Принципиальная схема резисторного усилителя на биполярном транзисторе.

1.2 При помощи потенциометра R₁ - R₂ установить на коллекторе транзистора напряжение E_k ~ 7 В.

1.3 С генератора низкочастотных колебаний на вход лабораторного макета подать сигнал с частотой 100 кГц и амплитудой U_б ~2,5 В.

1.4 Варьируя постоянное напряжение на коллекторе (E_k), амплитуду входного сигнала (U_б) и сопротивление нагрузки (R_н) добиться работы каскада в недонапряжённом, граничном, перенапряжённом и сильно перенапряженном режимах. Зарисовать осциллограммы для четырех режимов, записать числовые значения соответствующих параметров E_k,U_б,R_н (измерение Rн производится мультиметром при отключении генератора от входа макета). По полученным осциллограммам определить угол отсечки импульсов тока в приборе.

1.5 Выбрав три значений Ek из диапазона 6-10 В подобрать такие значения сопротивления нагрузки (R_н) и амплитудя напряжения возбуждения (U_б), при которых каскад работает в граничном, недонапряженном и перенапряженном режимах. По результатам измерений заполнить табл.1.

Таблица 1

№п.п	Напряжение на коллекторе Ek [в]	Амплитуда входного сигнала Uб [в]	Сопротивление нагрузки Rн [в]	Амплитуда выходного сигнала Uк [в]	Режим работы
	Ek1	Uб11	Rн11		Недонапряжённый
	Uб21	Rн21		Граничный
	Uб31	Rн31		Перенапряжённый
	Ek2	Uб12	Rн12		Недонапряжённый
	Uб22	Rн22		Граничный
	Uб32	Rн32		Перенапряжённый
	Ek3	Uб13	Rн13		Недонапряжённый
	Uб23	Rн23		Граничный
	Uб33	Rн33		Перенапряжённый

 

1.6 По данным табл.1 на выходных вольтамперных характеристиках транзистора (рис.9) построить нагрузочные прямые по постоянному и переменному сигналу, соответствующие трём режимам.

1.7 Используя нагрузочные пряные и данные таб.1 построить динамические характеристики усилительного каскада для трёх режимов работы (пример построения приведён на рис.10).

 

 

Рис.9. Выходная ВАХ транзистора КТ605Б

 

Рис.10. Пример построения нагрузочной характеристики транзистора