5.1.3. Обеспечение усилительного режима бт в схемах

Представление БТ в виде (рис. 5.1) последовательно и встречно включенных диодов (модель Эберса – Молла) позволяет рассчитывать режимы работы транзисторных схем на постоянном токе. Эта модель является нелинейной вследствие нелинейности ВАХ диодов. В то же время основная область использования БТ связана с линейным (без искажения формы) усилением малых переменных во времени сигналов. Чтобы обеспечить линейный усилительный режим БТ, необходимо определенным образом задать смещение по постоянному току и поддерживать это смещение вне зависимости от колебаний температуры и напряжения питания. Самым простым способом задания подобного смещения является задание необходимого постоянного тока базы. На рис. 5.6 представлена схема усилительного каскада с ОЭ, в которой ток базы устанавливается с помощью общего источника напряжения E питания и резистора R1.

Рис. 5.6. Усилительный каскад с ОЭ

Возникает вопрос: как правильно выбрать сопротивление резистора R1 при известном и постоянном значении E, чтобы оптимально задать режим линейного усиления? Для пояснения этого вопроса рассмотрим реальные выходные ВАХ БТ с ОЭ, приведенные на рис. 5.7. На выходных ВАХ штриховкой выделены следующие области:

1. Область отсечки, где оба перехода БТ закрыты и электродные токи равны нулю. Напряжение U_к на коллекторе в этом случае равно напряжению питания E: Uк = E – Iк  R2 = E (точка "с");

2. Область двойной инжекции (насыщения), когда оба перехода открыты и напряжение U_к<= U_б. Для данной конкретной схемы U_к = U_б = 0,6 В;

3. Область максимальной мощности рассеяния, в которой Pк = Iк  Uк  Pд – допустимая мощность рассеяния на коллекторе БТ.

Указанные области ограничивают область линейного усилительного режима. На выходных ВАХ построена также нагрузочная прямая, соответствующая заданным значениям E и R2 и пересекающая границы областей отсечки и насыщения в точках "с" и "b" соответственно. Таким образом, область линейного усилительного режима представляет множество точек, лежащих на отрезке нагрузочной прямой между точками "с" и "b".

Рис. 5.7. Выходные ВАХ БТ с ОЭ для режима линейного усиления

Введем понятие начальной рабочей точки (НРТ) как точки, определяющей ток коллектора и напряжение на нем при отсутствии входного переменного сигнала, сформулируем условие оптимальности линейного усилительного режима: "Оптимальное положение НРТ соответствует середине линейного участка выходных ВАХ БТ". На рис. 5.7 НРТ – это точка "а". Усилительный режим, для которого выполняется указанное условие оптимальности, носит название режима усиления класса А. Координаты НРТ "а" можно рассчитать по формулам

Uка = 0,5 (E + Uб), Iка = 0,5 (E – Uб)/R2. (5.6)

Чтобы оценить сопротивление R₁, необходимое для установки НРТ "а", надо совместно решить уравнения для: а) тока базы I_ба = (E – U_б)/R1; б) тока коллектора Iка = 0,5(E – Uб)/R2; в) связи этих токов Iба = Iка/.