Усиление с помощью транзистора

Для графоаналитического расчета пользуются так называемыми рабочими ха­рактеристиками. Рассмотрим в качестве примера эти характеристики для каскада с общим эмиттером, имею­щего сопротивление нагрузки R_К (рис. 4.16), одинаковое для постоянного и переменного токов.

Рис. 4.17. Графоаналитический расчет режима усиления транзистора с помощью выходных и входной характеристик

На семействе выходных характеристик (рис.4.17,а) построение линии нагрузки (ЛН), производится по заданным или выбранным значениям напряжения источника питания Е_К и сопротивле­ния нагрузки R_К. Поскольку для выходной цепи транзистора справедливо уравнение:

Е_К = U_КЭ+I_КR_К, (4.38)

то построение линии нагрузки производится по точкам ее пересечения с осями координат. При I_К = 0 по­лучаем Е_К = U_{К Э}, т. е. откладываем Е_К по оси напряжения (точка М). А при U_{К Э} = 0 получаем I_К = E_К /R_К и откладываем это значение по оси тока (точка N). Соединяя эти точки прямой линией, получаем линию нагрузки. Затем на ней выбирается рабочий участок. Например, для получения большой выходной мощности следует взять рабочий участок АБ. По проекциям рабочего участка на оси координат определяются двойные амплитуды первых гармоник переменных составляющих выходного тока и выходного напряжения 2I_Кm и 2U_КЭm. После этого можно найти выходную мощность:

P_вых = 0.5I_КmU_КЭm. (4.39)

На рис.4.17, а заштрихован так называемый треугольник полезной мощности. Его гипотенузой является рабочий участок АБ, а катетами — соответственно двойные амплитуды тока 2I_Кm и напряжения 2U_КЭm. Площадь треугольника соответствует учетверенной полезной мощности 21_Кm2U_КЭm.

Если имеется семейство входных характеристик транзистора, то можно по­строить входную рабочую характеристику путем перенесения по точкам в это семейство выходной рабочей характеристики. Расчет входных токов и напряжений можно при­ближенно делать по входной характеристике для значения U_КЭ > 0, взятой из справочника. На эту кривую переносятся точки А, Q и Б выходной рабочей характеристики, и получаются точки А₁, Q₁ и Б₁ (рис. 4.19,б). Проекция рабочего участка A₁Б₁ на ось напряжения выражает двойную амплитуду входного напряжения 2U_БЭm. Зная 1_Бm и U_БЭm, можно рассчитать входное сопротивление R_вх и входную мощность каскада Р_вх по формулам:

R_вх = U_БЭm / 1_Бm, (4.40)

P_вх = 0,5 U_БЭm / 1_Бm. (4.41)

Рабочая точка Q₁ определяет также постоянное напряжение базы U_БЭQ1 . Зная U_БЭQ1 и считая приближенно, что постоянная составляющая тока базы в режиме усиления равна I_БQ1, нетрудно рассчитать сопротивление гасящего резистора R_Б (рис.4.17,в), через который от источника Е_К будет подаваться постоянное напряжение на базу:

. (4.42)

Коэффициенты усиления каскада по току, напряжению и мощности опре­деляются по извесным формулам (4.10), (4.12) и (4.13):

K_I = I_Кm /I_Бm; K_U= U_КЭm / U_БЭm; K_p= K_IK_U. (4.43)

При всех расчетах рабочего режима транзисторов следует помнить, что получение большой выходной мощности ограничивается рядом факторов. Нельзя превышать предельные значения тока коллектора, напряжения U_КЭ и мощности выделяющейся в транзисторе. На рис.4.18 заштрихована область безопасной работы семейства выходных характеристик транзистора для схемы ОЭ. Снизу эта область ограничена током I_КЭ0 (при I_Б = 0). При повышении температуры окружающей среды и соответственно корпуса транзистора мощность Р_Кmax должна быть снижена.

Рис. 4.18. Область безопасной работы транзистора