Глава 4. Режимы работы усилительных элементов §7. Нагрузочные линии усилителя и их построение Зависимости между мгновенными значениями напряжений и

Представим уравнение (4.8) как зависимость I K = f (U KЭ ) :

I K R K = E K − U КЭ , I K = (E K − Е КЭ ) R К .

(4.10)

Рис. 4.3. Нагрузочные прямые постоянного и переменного тока

Рис. 4.4. Нагрузочные прямые постоянного тока при различных

RK

– 47 –

Уравнение (4.10) является уравнением прямой линии, кото-

денная через эти точки прямая является нагрузочной линией по

постоянному току для биполярного транзистора в схеме с ОЭ.

Нагрузочная прямая позволяет определить для каждого значения

тока I K соответствующее ему значение U КЭ при данном сопро-

тивлении, нагрузки R K и ЭДС источника питания E K .

Угол наклона нагрузочной прямой к оси абсцисс ϕ опреде-

ляется сопротивлением нагрузки ctgϕ = R H .

I K к нулю. При этом напряжение U КЭ = E K . Точку В на оси ор-

динат получим при U КЭ = 0 . В этой точке I = E K R K . Прове-

Рис. 4.5. Схема усилителя с нагрузкой по переменному току

Очевидно, что при неизменной ЭДС нагрузочная прямая прой-

дет тем ниже, чем больше R H (рис. 4.4). Точка пересечения на-

грузочной прямой со статической выходной характеристикой, по-

строенной при постоянном U ВХ , равном току смещения, являет-

ся точкой покоя в семействе выходных характеристик усилитель-

ного элемента. В точке покоя определяются соответственно ток

покоя и напряжение покоя. Если в схеме усилителя цепи перемен-

ного и постоянного токов на выходе разделяются, то нагрузка уси-

лительного элемента по постоянному и переменному токам будет

различной. При построении нагрузочных характеристик для пере-

менного тока надо учитывать наличие реактивных элементов:

емкостей и индуктивностей в схеме, т.е. то, что в общем случае

сопротивление нагрузки комплексное. Однако сопротивления на-

– 48 –

грузки подбирают обычно так, чтобы можно было пренебречь

влиянием реактивных сопротивлений на общее эквивалентное со-

противление. В этом случае нагрузку по переменному току допу-

стимо считать активной. Например, на рис. 4.5 конденсатор C P

разделяют пути постоянной и переменной составляющих выход-

ного тока, так как для постоянной составляющей сопротивление

X C близко к бесконечности. В данной схеме нагрузкой для по-

стоянного тока является R K , а для переменного тока – результи-

рующее сопротивление при параллельном соединении R K и R H :

нагрузочного режима для постоянного и переменного токов будут

отличаться между собой. При активном характере сопротивле-

ния нагрузки линия нагрузочного режима для переменного тока

также будет прямой. Эта прямая обязательно пройдет через точ-

ку покоя М (рис. 4.3), так как в отсутствие сигнала в режиме по-

коя выходной ток I K = I K 0 .

При подаче на вход транзистора вместе с постоянным на-

R~ = R K R H (R K + R H ) . Очевидно, что сопротивление R~ мень-

ше, чем R K , и поэтому уравнения нагрузочного режима и линии

U БЭ = U БЭ 0 − U вхт sin ωt ток в выходной цепи будет меняться в

такт с изменением входного сигнала. При этом выходной ток iвых

будет представлять собой сумму двух токов – постоянного I K 0 и

переменного i K = I Kт sin wt :

(4.11)

iвых = I K 0 + I K sin wt .

U КЭ = E K − (I K 0 R K + i K R~ ) = (E − I K 0 R K ) − i K R~ .

– 49 –

(4.12)

Точка М является общей для обеих нагрузочных прямых.

Вторую точку С найдем на оси токов, взяв U KЭ = 0 . В этой точке

U КЭ 0 = i K R~ и, следовательно, мгновенное значение переменной

составляющей i K = U КЭ 0 R~ . Результирующий ток в точке С ра-

вен сумме двух токов

(4.13)I =

ного тока АВ. Если сопротивление R H 〉〉 R K , то сопротивление по

переменному току R ~ ≈ R K , и обе нагрузочные прямые практи-

чески совпадают. Кроме выходных, имеются также и входные

динамические характеристики.

Рис. 4.6. Зависимости, поясняющие работу транзистора

в нагрузочном режиме

У биполярных транзисторов в большинстве случаев сопро-

тивление нагрузки переменному току R ~ намного меньше вы-

ходного сопротивления Rвых . В этом случае наличие нагрузки в

– 50 –