4.5 Работа биполярного транзистора в усилительном режиме

Одним из основных применений транзистора является усиление электрических сигналов. Для этих целей транзистор может быть включен по одной из возможных схем: с ОБ, ОЭ или ОК.

Наиболее часто применяют включение по схеме с ОЭ. Схема простейшего усилителя приведена на рис. 4.25.

Она содержит транзистор, в коллекторную цепь которого включен резистор , а в базовую — резистор . Эти резисторы служат для того, чтобы обеспечить требуемый режим работы тран­зистора по постоянному току. Увеличивая сопротивление можно уменьшить постоянный ток базы . При этом будет увеличиваться постоянное напряжение . Увеличивая сопротивление , можно уменьшать ток , вследствие чего произойдет увеличение напряжения . Обычно сопротивления и под­бирают (рассчитывают) так, чтобы выполнялось условие .

На базу транзистора через конденсатор подают сигнал, подлежащий усилению. Наличие на базе этого сигнала изменяет напряжение и, соответственно, ток , а также ток и напряжение .

Если режим работы по постоянному току выбран правильно, то изменения напряжения будут в точности повторять изменения напряжения , но с большей амплитудой, то есть произойдет усиление напря­жения сигнала. Усиленный сигнал через конденсатор поступает на внешнюю нагрузку , которая является получателем (потребителем) сигнала. Функции внешней нагрузки в конкретных устройствах может выполнять громкоговоритель, реле, сигнальное устройство, входное сопротивление транзистора и т. д. Словом, любое исполнительное устройство, для нормального функционирования которого недостаточно мощности источника сигнала. Транзистор в этом случае является посредником между источником сигнала и потребителем, обеспечивая необходи­мую мощность сигнала

Графический анализ усилительного режима.

Целью графического анализа является наглядное представление процессов в ре­жиме усиления электрических сигналов.

На рис. 4.26, а показаны временные диа­граммы токов и напряжений в базовой цепи.

На рис. 4.26, б показаны временные диа­граммы токов и напряжений в коллекторной цепи.

Режим работы по постоянному току определяется резисторами . Для этого в системе координат строят нагрузочную линию коллекторной цепи (рис. 4.26, б) аналогично тому, как это делалось при анализе выпрямительного ре­жима диода. Точки пересечения этой линии с выходными характеристиками оп­ределяют режим работы коллекторной цепи при конкретном значении тока базы. В качестве исходной рабочей точки (ИРТ) выбирают пересечение нагрузоч­ной линии с той выходной характеристикой, при которой выполняется условие (точка А'). Этой ИРТ соответствует ток базы .

Чтобы обеспечить получение тока , в системе координат строят на­грузочную линию цепи базы (рис. 4.26, а). Для этого на входной характеристи­ке выделяют точку А (она является исходной рабочей точкой базовой цепи (в этой точке ) и проводят прямую линию, проходящую через точки . Наклон этой линии определяет значение сопротивления .

После того как задан режим работы по постоянному току, строят графики временных зависимостей то­ков и напряжений, полагая входной сигнал синусоидальным.

Пусть внешняя нагрузка отсутствует, а на базу транзистора через разделительный конденсатор поступает напряжение с амплитудой , изменяющее положе­ние рабочей точки. При положительной полуволне синусоидального напряжения рабочая точка по входной характеристике сдвигается вверх, максимуму напряже­ния соответствует точка В. При отрицательной полуволне рабочая точка сдвига­ется вниз, минимуму напряжения соответствует точка С. В результате ток базы изменяется с амплитудой .

Изменение тока базы вызывает изменение положе­ния рабочей точки: она сдвигается вверх и занимает положение В', а при отрицательной полуволне сдвигается вниз и занимает положение С'. При этом ток коллектора изменяется с амплитудой , а напряжение — с амплитудой , при­чем напряжение на коллекторе находится в противофазе с напряжением на базе.

При наличии внешней нагрузки, подключенной к коллектору через конденса­тор, нагрузочная линия изменяет свой наклон (см. пунктир на рис. 4.26, б), так как сопротивление для переменного тока уменьшается, оно становится рав­ным .

Подключение внешней нагрузки не изменяет режим ра­боты транзистора по постоянному току, поэтому нагрузочная линия при наличии внешней нагрузки проходит через ту же точку А', но пересекает выходные ха­рактеристики, соответствующие максимуму и минимуму тока базы, в точках В" и С". Нетрудно понять, что при этом амплитуда уменьшается, а амплитуда незначительно возрастает. Одновременно с этим уменьшается площадь зашт­рихованных треугольников, определяющая выходную мощность переменного тока .

Определив с помощью графических построений амплитуды входных и выход­ных сигналов, можно рассчитать основные параметры усилителя.