46. Графический расчёт усилительного каскада.

Усилительный каскад должен содержать нелинейный управляющий элемент (транзистор или лампу), источник электрической энергии и вспомогательные элементы. Во входную цепь включается источник сигнала, а в выходную - нагрузка. Полярность источника питания E_К обеспечивает работу транзистора в активном режиме. Резисторы R_Б и R_К задают требуемые постоянные составляющие токов в цепях транзистора и постоянные напряжения на его электродах - рабочую точку транзистора. От выбора рабочей точки зависит усиление каскада, КПД, искажения сигнала. Для того, чтобы источник сигнала и нагрузка не влияли на режим работы транзистора по постоянному току, включены разделительные конденсаторы C_Р1 и C_Р2, имеющие в рабочем диапазоне частот малые сопротивления. Сопротивление нагрузки R_Н >> R_К. Для описания работы транзистора воспользуемся семейством выходных характеристик (рис. 3.31) i_К=f(i_Б,u_КЭ). Учитывая, что характеристика резистора R_К подчиняется закону Ома, получим: ,где ( E_К - u_КЭ) - падение напряжения на резисторе R_К. Это уравнение называется уравнением нагрузочной линии. Ее график имеет вид прямой линии, проходящей через точку E_К на оси абсцисс и через точку E_К /R_К, на оси ординат. Чем меньше R_К, тем более круто проходит нагрузочная линия. Поскольку через транзистор и R_К протекает один и тот же ток i_К, то его величина и напряжение u_КЭ могут быть найдены путем решения системы уравнений: .Эта система уравнений может быть решена графически, путем нахождения точек пересечения нагрузочной линии с графиками выходных характеристик транзистора. Для определения параметров режима по постоянному току примем e_Г =0. Тогда значения постоянной составляющей тока коллектора I_К (0) и напряжения U_КЭ (0) определяются пересечением нагрузочной линии и статической характеристики транзистора, снятой при i_Б =I_Б (0), - см. рис. 3.31, точка А. При подаче на вход каскада напряжения e_Г ток базы будет изменяться относительно I_Б (0) по синусоидальному закону с амплитудой

и рабочая точка будет перемещаться по нагрузочной линии между точками B и C. Соответственно будет изменяться ток коллектора с амплитудой I_Кm около значения I_К (0) и напряжение на коллекторе с амплитудой U_Кm около значения U_КЭ (0). При этом ток коллектора i_К будет находиться в фазе с током базы i_Б, а выходное напряжение u_КЭ в противо-фазе. ( Увеличению тока базы соответствует увеличение тока коллектора и уменьшение напряжения на коллекторе. См. рис. 3.31). Для определения входного напряжения u_БЭ необходимо воспользоваться входной характеристикой транзистора i=f(u_БЭ) при u_КЭ=U_К(0) рис.3.32. (Строго говоря, при больших U_Кm может потребоваться семейство входных характеристик, снятых при различных u_КЭ, но , как правило, влиянием u_КЭ на входной ток можно пренебречь). Постоянному току I_Б(0) соответствует постоянное напряжение U_Б(0). При изменении тока базы с амплитудой I_Бm входное напряжение изменяется с амплитудой U_Бm. Обратим внимание на то, что выходное напряжение в данном каскаде (ОЭ) противофазно входному. Графические расчеты могут выполняться и без учета введенных ранее ограничений. Основными параметрами усилительного каскада являются:  - коэффициент усиления по напряжению;  - коэффициент усиления по току;  - коэффициент усиления по мощности;  - входное сопротивление;  - выходное сопротивление,  г д е   - выходное напряжение при R_Н   - выходной ток при R_Н = 0;  -коэффициент полезного действия.

47. h – параметры транзисторного четырёхполюсника.

Транзистор с его внутренними параметрами, определяемыми эквивалентной схемой, представлен в виде линейного четырехполюсника с соответствующими зависимостями между входными и выходными параметрами (U₁, I₁, U₂, I₂). В зависимости от того, какие из этих величин взять за независимые переменные, а какие – за зависимые, линейный четырехполюсник можно описать шестью различными системами уравнений, однако наибольшее распространение получила система, где за независимые переменные принимаются входной ток и выходное напряжение , а за зависимые – выходной ток и входное напряжение. Система уравнений, связывающая между собой зависимые и независимые переменные: Физический смысл коэффициентов h, называемых h – параметрами: Параметр h₁₁ определяется при коротком замыкании на выходе U₂ = 0: входное сопротивление при коротком замыкании на выходе. Параметр h₁₂ определяется при токе на входе I₁ = 0: – коэффициент внутренней обратной связи по напряжению при холостом ходе во входной цепи. – коэффициент передачи транзистора по току при коротком замыкании на выходе; – выходная проводимость транзистора при холостом ходе во входной цепи. С учетом h – параметров эквивалентная схема транзистора выглядит следующим образом:

На высоких частотах между переменными составляющими токов и напряжений появляются фазовые сдвиги и параметры становятся комплексными.

Для различных схем включения транзистора h – параметры будут различны. Так для схемы с общей базой входными и выходными величинами являются U₁ = U_эб ; I₁ = I_э ; U₂ = U_кэ ; I₂ = I_к . Так как транзистор чаще усиливает сигнал переменного тока, то и h – параметры по переменному току должны определяться не как статические, а как динамические (дифференциальные). Для схемы с общим эмиттером входными и выходными величинами являются Используя семейства входных и выходных характеристик транзистора h – параметры можно определить и графическим путем. Так, для схемы с общим эмиттером семейства входных и выходных характеристик представлены на рис..

48. Семейства входных и выходных характеристик транзистора.

49. Режим работы транзистора и усилителя класса A.

Большинство усилителей мощности класса «А» работают в однотактном режиме. При этом постоянное напряжение смещения транзистора составляет половину запирающего, а амплитуда сигнала меньше напряжения смещения. Этим обусловлен недостаток усилителей класса "А" - маленькая выходная мощность. В результате такой работы транзисторов, постоянная составляющая протекающего тока, чуть больше амплитуды переменной составляющей, поэтому транзистор всегда открыт и находится в проводящем состоянии. Если на входе сигнала нет, то постоянный ток постоянно протекает и отдаёт большую часть энергии на нагрев (низкий КПД до 20%). Основное преимущество класса "А" - то, что рабочая область транзистора находится на линейном участке вольт - амперной характеристики и искажения усиливаемого сигнала минимальны. Усилители работающие в двухтактном режиме класса "А, способствуют дополнительному увеличению несимметричности правой и левой полуволны сигнала, это добавляет фазовые искажения и звук теряет разборчивость.